シリコンカービッド単結晶通常見過ごされる材料から始めます 発酵炉に SiC源粉末を積みます

物理蒸気輸送 (PVT) では 発泡粉末は 非常に高温に加熱されますSi を含有する蒸気種と炭素を含む種は,ピグブルを通って輸送され,SiC 種子結晶に堆積される.温度分布,圧力,チューグルの設計,種子の質がすべて重要ですが,ソース粉末の特性が直接蒸気安定性,不純物の取り込み,丸の成長率と使用可能な結晶の生産量.

半導体級のSiC粉末は 純粋さだけでは評価できません 粒子の大きさ分布,包装密度,自由シリコン,自由炭素,酸素含有量ポリタイプ組成とバッチの一貫性も考慮しなければならない..

なぜPVTの成長において SiC粉末の質が重要なのか

高度の温度で,高濃度SiC粉末を含むグラフィットピグビルを使用します.温かい種地域に向かって移動する蒸気種を徐々に吸収し生成します.

このプロセス中に源粉末は絶えず変化します.

• 微細な粒子は 成長初期に 急速に高揚する可能性があります
• より大きな粒子は後期に活動し続けます.
• 粉末の内側には空洞やチャネルが形成される
• シリコンが豊富な部品は,炭素が豊富な部品とは異なる方法で消費される.
• 不浄物は蒸発し,移動し,または異なる地域で蓄積することができます.

これらの変化は,Si/C蒸気比と質量輸送の安定に影響を与える.不安定な源は球直径,成長率,多型安定性および欠陥形成の変動を引き起こす可能性があります.

PVT ソース最適化に関する研究によると,粉末の包装密度と粒子の大きさ分布は,ソース利用とプロセス安定性の両方に影響することが示されています.高密度のパッキングは,固定したピグブル容量の利用可能な原材料の量を増加させる.制御された粒子の大きさの分布は成長中により安定したサブライマーション行動を維持するのに役立ちます.

SiC粉末の純度レベルを理解する

SiC源粉末は,しばしば4N,5Nまたは6Nなどの純度グレードを使用して記述されます.

しかし,9の数は結晶成長源を選択するのに十分な情報を提供していません.

同じ総純度を持つ2つの粉末が,一つがボロンとアルミニウムを含み,もう一つは主に電気活性が低い汚染物質を含んでいる場合,異なる振る舞いをすることがあります.購入者は,名目純度パーセントだけに頼るのではなく,素質不純度報告を要求すべきです..

分析結果は,試験方法と検出限界によっても異なることがあります.試験方法,採取されたバッチ,報告基準は,分析証明書に明確に記載されるべきです.

SiC ソース 粉末 の 重要な 汚れ

ボロン

ボールはSiCの受容物不純物である.低濃度でも,キャリア補償と電気抵抗に影響を与える.

高抵抗性または半絶縁性SiCを生産する際にボロン制御は特に重要です.許容される濃度は,目標結晶の仕様と,ボロンとの関係に依存する.窒素や,意図的に導入された深層補給物質.

窒素

窒素はSiCのドナーとして作用し,通常n型伝導性に関連付けられる.窒素は源粉末,炉の大気,グラフィット成分,または意図的なドーピングから発生する可能性があります.

合成されたSiC粉末の窒素濃度は,粉末合成温度とアルゴン圧力によって影響することが研究によって示されています.したがって,ソースに組み込まれた窒素は,ドーピング制御の全体的な戦略の一部とみなされなければならない.外部の炉ガス変数としてのみ扱われるのではなく,

アルミニウム

アルミニウムはまた受容物不純物である.原材料,粉末加工機器,または汚染された炉部品を通じて源に入ることができる.

n型材料では,過剰なアルミニウムはドナーキャリアを補償し,抵抗性の制御を困難にする可能性があります.高抵抗性の材料では,制御されていないアルミニウムは,意図された補償バランスを乱す可能性があります.

鉄と他の過渡金属

鉄,チタン,バナジウム,クロム,ニッケルその他の金属は,電気的に活性エネルギーレベルを導入したり,光学および電気的均一性を影響したりする.

ヴァナジウムなどのいくつかの元素は,特定の半絶縁結晶を製造する際に意図的に追加されることがあります.意図的なドーピングは,偶然の汚染よりもはるかに厳格な集中と均一性の制御を必要とします.

酸素

酸素は表面酸化,原材料,貯蔵条件,粉末処理環境から得られ,表面酸素として存在します.粉末合成中に含まれる酸化化合物や汚染物.

粉末の総表面面積が大きいため,繊細な材料は酸化や湿度にさらされやすい.

自由シリコンと自由炭素

粉末は高い名目 SiC 純度を持ちながらも,望ましくない自由シリコンや自由炭素を含んでいる.

これらの相は,ソースの効果的Si/C比に影響を与え,そのサブライマーション振る舞いを変化させることがあります.半導体結晶生長粉末は,金属不純の痕跡だけでなく,相組成の試験を行う必要があります..

SiC浄化に関する研究によると,高濃度の自由Si,自由C,酸素と金属汚染物質は,直接半導体級単結の成長に使用すると問題を引き起こす可能性があります..

粒子 の 大きさ が PVT の 成長 に どの よう に 影響 する か

粒子の大きさは,源の包装,利用可能な表面面積,ガス流量,および成長中に源が進化する速度に影響します.

散装結晶の成長に使用される商用SiC粉末は,微粒子の大きさは10〜数百マイクロメートルに及びます.しかし,すべてのPVT原子炉に最適な粒子の大きさはありません.正確な分布は,ピグビルの幾何学,熱場,成長期間,目標ボールの寸法に依存する.最近のレビューでは,一般的な平均粒子の直径が約50~500μmの商用SiC成長粉末について記述されています..

薄すぎた 粉

過細な粉末は:

• 初期成長期に迅速に高揚する
• 酸素と湿度にさらされる表面面積が大きいこと
• 密度の高い上層層や局所的な源地殻を形成する
• 汚染処理に対する敏感性を高める
• 粉末ベッド内のガス流量抵抗を変更する.

粗い 粉

過剰に粗い粉末は

• 梱包密度の低さ
• 源電荷に大きな穴を残す.
• 効果的サブライメーション面積を減らす
• 地元のガス流路が不均等になる
• 成長後には,消費されていない源を多く残します.

広い 狭い 分布

広い粒子の大きさの分布は,細粒子が粗い粒子の間の隙間を埋めるため,包装を改善することができます.しかし,異なる粒子の分子は異なる速度で高揚することもできます.

より狭い分布は,選択したサイズ範囲が十分なパッキング密度と蒸気供給を生成する条件で,ソースの振る舞いをより予測可能にする.

粒子の大きさを選択する際には,次の4つの目的を均衡させなければなりません.

1. 燃料源の高負荷
2. 安定した蒸気生成
3. 制御されたガス透透性
4. 走行終了時に高い資源利用率

梱包密度とソース利用

包装密度は,与えられたピグビルの容量にどれだけの粉末を積むことができるかを決定します.より高い負荷は,より長い成長走行やより大きなボールのサポートすることができます 外部のピグビルの寸法を変更することなく.

しかし,最大密度は自動的に最良のプロセス条件ではありません.粉末床は蒸気輸送のために十分な孔隙を保持する必要があります.梱包が不均等であれば,ソースは,異なるサブライマーション率を持つ地元のチャンネルや地域を開発することができます..

重要な負荷パラメータは以下の通りである.

• 粉末の質量
• 散布密度
• 採掘された密度
• 満たす高さ
• 積載手順
• 圧縮方法
• 詰め込み中に粒子の大きさの分離

繰り返しの生産のために,これらのパラメータは成長レシピの一部として記録されるべきです.

ポリタイプと相組成

商用ソース粉末には,3C,4H,6H相を含む異なるSiCポリタイプが含まれます.ソースポリタイプは単に最終的なボールポリタイプを決定しません.種子 の 方向性 や 成長 条件 が 主要 な 役割を果たす の で,.

しかし,相組成は源のサブライマーション特性に影響を与える.精製されたβ-SiC粉末は,変異した温度条件下での成長を支援する潜在性と,そのサブライマーション行動のために,原材料として研究されています..

したがって,X線 difrctionは,各ソース粉末のバッチの相組成を確認するのに有用である.

粉末の質がPVT出力をどのように影響するか

PVT の 収穫量は 成長した 球体 の 総 長さ や 重量 に よっ て のみ 測定 さ れる べき で は あり ませ ん.より 良い 評価 に は,以下 の こと が 含ま れ ます.

• 安定した球径
• 使用可能な単結晶の長さ
• ポリタイプ安定性
• 欠陥密度が低い
• 抵抗性の均一性
• ドーパントの均一性
• 縁の損失を減らす
• 残留源の量
• 頂級のウエフルの数

初期成長率を増加させながら後期に不安定な蒸気状態を生む粉末は,総利用可能な収穫量を減少させる可能性があります.

同様に,非常に純粋な粉末は,その粒子の分布が低パッキング密度または急速なソース進化を引き起こす場合,依然として不良な性能を持つ可能性があります.最も良い粉末は,成長サイクル全体を通して重複可能な質量輸送を提供するものです.

推奨される検査方法

完全な入荷点検計画には,以下の内容が含まれます.

仕様書には,サンプル採取手順が記載されるべきです. 1つの小さなサンプルが大きな粉末を代表しない可能性があるため,特に粒子の分離が起こった場合です.

貯蔵と取り扱いの要件

高純度SiC粉末は生産後に汚染されることがあります.通常の金属工具,オープンワークショップ空気,または不適切なパッケージとの接触により,粒子や微量金属が導入されます.

推奨されるコントロールには,以下が含まれます.

• 封印された,清潔な包装
• パート識別と完全な追跡可能性
• 低湿度貯蔵
• 汚染しない専用ハンドリングツール
• 制御された移転と重量測りの領域
• 環境空気への最小的曝露
• ドーピングされた粉末とドーピングされていない粉末の分離処理
• 文書化された容器の清掃手順

粉末 は 細い 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒

RFQ に 含める 情報

PVT 成長のための高純度 SiC 粉末の要求時,次の事項を明示する.

• 意図された用途: 4H-SiC, 6H-SiC,導電性または半絶縁性結晶の成長
• 要求される名目純度
• 個々の不純度制限値
• 窒素とボールの要件
• 自由シリコン,自由炭素,酸素の限界
• 粒子の大きさ範囲と分布
• SiC相またはポリタイプ組成
• 散装量と利用密度
• 必要な粉末量
• パッケージのサイズと容器の材料
• 分析方法と検出限界
• 解析要件の証明書
• バッチの一貫性と追跡可能性の要件

可能な限り 粉末は 制御成長試験によって 合格されるべきです 化学的分析は不可欠ですしかし,実際のPVT性能は,ソースの安定性と利用可能な結晶の出力を評価する最も直接的な方法であり続けます.

結論

高純度SiC粉末は 単純な消耗品ではなく 工学的原材料ですフェーズ組成と処理履歴が PVT炉の内部での振る舞いを決定します.

安定したSiCボール生産のために,製造者は純度仕様の9の数を超えて見なければならない.最も適した粉末は,制御された蒸気生成を提供するものです.予測可能な源の進化連続した成長期にわたって一貫した電気特性と高可用性出力.