Méthode PVT de croissance de cristaux longs en carbure de silicium résistant au four, pour des lingots de SiC de 6/8/12 pouces.

Résistance du carbure de silicium, croissance de cristaux longs au four, lingots de SiC de 6/8/12 pouces, méthode PVT (Image mise en avant)

Description courte :

Le four de croissance par résistance du carbure de silicium (méthode PVT, procédé de transfert physique en phase vapeur) est un équipement essentiel pour la croissance de monocristaux de carbure de silicium (SiC) par sublimation-recristallisation à haute température. Cette technologie utilise le chauffage par résistance (élément chauffant en graphite) pour sublimer la matière première SiC à une température élevée de 2000 à 2500 °C, puis la recristalliser à basse température (germe cristallin) pour former un monocristal de SiC de haute qualité (4H/6H-SiC). La méthode PVT est le procédé dominant pour la production en série de substrats SiC de 6 pouces et moins, largement utilisé pour la préparation de substrats destinés aux semi-conducteurs de puissance (tels que les MOSFET et les diodes Schottky) et aux dispositifs radiofréquences (GaN sur SiC).

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Caractéristiques

Principe de fonctionnement :

1. Chargement de la matière première : poudre (ou bloc) de SiC de haute pureté placée au fond du creuset en graphite (zone à haute température).

2. Environnement sous vide/inerte : mettre sous vide la chambre du four (<10⁻³ mbar) ou faire passer un gaz inerte (Ar).

3. Sublimation à haute température : chauffage par résistance à 2000~2500℃, décomposition du SiC en Si, Si₂C, SiC₂ et autres composants en phase gazeuse.

4. Transmission en phase gazeuse : le gradient de température entraîne la diffusion du matériau en phase gazeuse vers la région à basse température (extrémité de la graine).

5. Croissance cristalline : La phase gazeuse se recristallise à la surface du cristal germe et croît dans une direction directionnelle le long de l'axe C ou de l'axe A.

Paramètres clés :

1. Gradient de température : 20~50℃/cm (contrôle du taux de croissance et de la densité des défauts).

2. Pression : 1~100 mbar (basse pression pour réduire l'incorporation d'impuretés).

3. Taux de croissance : 0,1 à 1 mm/h (affectant la qualité du cristal et l'efficacité de la production).

Caractéristiques principales :

(1) Qualité cristalline
Faible densité de défauts : densité de microtubules <1 cm⁻², densité de dislocations 10³~10⁴ cm⁻² (grâce à l'optimisation des semences et au contrôle du processus).

Contrôle du type polycristallin : peut faire croître du 4H-SiC (courant dominant), du 6H-SiC, une proportion de 4H-SiC >90 % (nécessite un contrôle précis du gradient de température et du rapport stœchiométrique en phase gazeuse).

(2) Performances de l'équipement
Stabilité à haute température : température du corps chauffant en graphite > 2500 ℃, le corps du four adopte une conception d'isolation multicouche (telle que du feutre de graphite + une enveloppe refroidie à l'eau).

Contrôle de l'uniformité : Les fluctuations de température axiales/radiales de ±5 °C assurent la constance du diamètre du cristal (écart d'épaisseur du substrat de 6 pouces <5 %).

Degré d'automatisation : Système de contrôle PLC intégré, surveillance en temps réel de la température, de la pression et du taux de croissance.

(3) Avantages technologiques
Utilisation élevée des matériaux : taux de conversion des matières premières > 70 % (meilleur que la méthode CVD).

Compatibilité avec les grandes tailles : la production en série du modèle 6 pouces est réalisée, celle du modèle 8 pouces est en cours de développement.

(4) Consommation et coût de l'énergie
La consommation énergétique d'un seul four est de 300 à 800 kWh, ce qui représente 40 à 60 % du coût de production du substrat SiC.

L'investissement en équipement est élevé (1,5 M 3 M par unité), mais le coût unitaire du substrat est inférieur à celui de la méthode CVD.

Applications principales :

1. Électronique de puissance : substrat MOSFET SiC pour onduleur de véhicule électrique et onduleur photovoltaïque.

2. Dispositifs RF : station de base 5G substrat épitaxié GaN sur SiC (principalement 4H-SiC).

3. Dispositifs pour environnements extrêmes : capteurs de haute température et de haute pression pour les équipements aérospatiaux et nucléaires.

Paramètres techniques :

Spécification	Détails
Dimensions (L × l × H)	2500 × 2400 × 3456 mm ou sur mesure
Diamètre du creuset	900 mm
Pression de vide ultime	6 × 10⁻⁴ Pa (après 1,5 h de vide)
Taux de fuite	≤5 Pa/12h (cuisson au four)
Diamètre de rotation de l'arbre	50 mm
Vitesse de rotation	0,5–5 tr/min
Méthode de chauffage	Chauffage par résistance électrique
Température maximale du four	2500°C
Puissance de chauffage	40 kW × 2 × 20 kW
Mesure de température	Pyromètre infrarouge bicolore
Plage de température	900–3000°C
Précision de la température	±1°C
Plage de pression	1–700 mbar
Précision du contrôle de la pression	1–10 mbar : ±0,5 % FS ; 10–100 mbar : ±0,5 % FS ; 100–700 mbar : ±0,5 % FS
Type d'opération	chargement par le bas, options de sécurité manuelles/automatiques
Fonctionnalités optionnelles	Double mesure de température, zones de chauffage multiples

Services XKH :

XKH propose une gamme complète de services pour les fours PVT SiC, incluant la personnalisation des équipements (conception du champ thermique, contrôle automatique), le développement des procédés (contrôle de la forme des cristaux, optimisation des défauts), la formation technique (exploitation et maintenance) et le support après-vente (remplacement des pièces en graphite, étalonnage du champ thermique), afin d'aider ses clients à atteindre une production en série de cristaux de SiC de haute qualité. Nous proposons également des services d'amélioration des procédés pour optimiser en continu le rendement et l'efficacité de la croissance des cristaux, avec un délai de réalisation typique de 3 à 6 mois.