8-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेस तंत्रज्ञानावर आधारित

उच्च-तापमान, उच्च-वारंवारता, उच्च-शक्ती आणि उच्च-व्होल्टेज उपकरणे तयार करण्यासाठी सिलिकॉन कार्बाइड ही एक आदर्श सामग्री आहे. उत्पादन कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी आणि खर्च कमी करण्यासाठी, मोठ्या आकाराच्या सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्सची तयारी ही एक महत्त्वाची विकास दिशा आहे. च्या प्रक्रियेच्या आवश्यकतांवर लक्ष केंद्रित करणे8-इंच सिलिकॉन कार्बाइड (SIC) सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ, सिलिकॉन कार्बाइड भौतिक वाष्प वाहतूक (पीव्हीटी) पद्धतीच्या वाढीच्या यंत्रणेचे विश्लेषण केले गेले, हीटिंग सिस्टम (TaC मार्गदर्शक रिंग, TaC कोटेड क्रूसिबल,TaC लेपित रिंग, TaC कोटेड प्लेट, TaC कोटेड थ्री-पेटल रिंग, TaC कोटेड तीन-पाकळ्या क्रूसिबल, TaC कोटेड होल्डर, सच्छिद्र ग्रेफाइट, सॉफ्ट फेल्ट, रिजिड फेल्ट SiC-कोटेड क्रिस्टल ग्रोथ ससेप्टर आणि इतरSiC सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ प्रोसेस स्पेअर पार्ट्सVeTek सेमीकंडक्टर द्वारे प्रदान केले जाते ), सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेसचे क्रूसिबल रोटेशन आणि प्रक्रिया पॅरामीटर नियंत्रण तंत्रज्ञानाचा अभ्यास केला गेला आणि थर्मल फील्ड सिम्युलेशन विश्लेषण आणि प्रक्रिया प्रयोगांद्वारे 8-इंच क्रिस्टल्स यशस्वीरित्या तयार आणि वाढविण्यात आले.

0 परिचय

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) हे तिसऱ्या पिढीतील अर्धसंवाहक साहित्याचे विशिष्ट प्रतिनिधी आहे. त्याचे कार्यक्षमतेचे फायदे आहेत जसे की मोठी बँडगॅप रुंदी, उच्च ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड आणि उच्च थर्मल चालकता. हे उच्च तापमान, उच्च दाब आणि उच्च वारंवारता फील्डमध्ये चांगले कार्य करते आणि सेमीकंडक्टर सामग्री तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रातील मुख्य विकास दिशांपैकी एक बनले आहे. नवीन ऊर्जा वाहने, फोटोव्होल्टेइक उर्जा निर्मिती, रेल्वे वाहतूक, स्मार्ट ग्रीड, 5G कम्युनिकेशन, उपग्रह, रडार आणि इतर क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर अनुप्रयोग आवश्यकता आहेत. सध्या, सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्सची औद्योगिक वाढ मुख्यत्वे भौतिक वाष्प वाहतूक (PVT) वापरते, ज्यामध्ये बहु-फेज, बहु-घटक, एकाधिक उष्णता आणि वस्तुमान हस्तांतरण आणि चुंबकीय-विद्युत उष्णता प्रवाह परस्परसंवादाच्या जटिल बहु-भौतिक क्षेत्र जोडण्याच्या समस्यांचा समावेश होतो. त्यामुळे, PVT वाढ प्रणाली डिझाइन कठीण आहे, आणि प्रक्रिया मापदंड मापन आणि नियंत्रण दरम्यानक्रिस्टल वाढ प्रक्रियाकठीण आहे, परिणामी वाढलेल्या सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्सच्या गुणवत्तेतील दोष आणि लहान क्रिस्टल आकारावर नियंत्रण ठेवण्यात अडचण येते, ज्यामुळे सिलिकॉन कार्बाइड असलेल्या उपकरणांची किंमत सब्सट्रेट म्हणून जास्त राहते.

सिलिकॉन कार्बाइड उत्पादन उपकरणे सिलिकॉन कार्बाइड तंत्रज्ञान आणि औद्योगिक विकासाचा पाया आहे. सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेसची तांत्रिक पातळी, प्रक्रिया क्षमता आणि स्वतंत्र हमी हे सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीच्या मोठ्या आकाराच्या आणि उच्च उत्पन्नाच्या दिशेने विकासाची गुरुकिल्ली आहे आणि तिसरी पिढीच्या सेमीकंडक्टर उद्योगाला चालना देणारे मुख्य घटक आहेत. कमी किमतीच्या आणि मोठ्या प्रमाणावर विकास करा. सध्या, उच्च-व्होल्टेज, उच्च-शक्ती आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांच्या विकासामध्ये लक्षणीय प्रगती झाली आहे, परंतु उपकरणांची उत्पादन कार्यक्षमता आणि तयारीची किंमत त्यांच्या विकासास प्रतिबंध करणारा एक महत्त्वाचा घटक बनेल. सब्सट्रेट म्हणून सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल असलेल्या सेमीकंडक्टर उपकरणांमध्ये, सब्सट्रेटचे मूल्य सर्वात मोठे प्रमाण, सुमारे 50% आहे. मोठ्या आकाराच्या उच्च-गुणवत्तेच्या सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल ग्रोथ उपकरणांचा विकास, सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट्सचे उत्पादन आणि वाढीचा दर सुधारणे आणि उत्पादन खर्च कमी करणे हे संबंधित उपकरणांच्या वापरासाठी महत्त्वाचे आहे. उत्पादन क्षमता पुरवठा वाढवण्यासाठी आणि सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांची सरासरी किंमत कमी करण्यासाठी, सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्सचा आकार वाढवणे हा एक महत्त्वाचा मार्ग आहे. सध्या, आंतरराष्ट्रीय मुख्य प्रवाहातील सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेटचा आकार 6 इंच आहे आणि तो झपाट्याने 8 इंचांपर्यंत वाढला आहे.

8-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेसच्या विकासासाठी ज्या मुख्य तंत्रज्ञानाचे निराकरण करणे आवश्यक आहे त्यात हे समाविष्ट आहे: 1) लहान रेडियल तापमान ग्रेडियंट आणि वाढीसाठी योग्य मोठे रेखांशाचा तापमान ग्रेडियंट मिळविण्यासाठी मोठ्या आकाराच्या थर्मल फील्ड स्ट्रक्चरची रचना 8-इंच सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्सचे. २) मोठ्या आकाराचे क्रुसिबल रोटेशन आणि कॉइल लिफ्टिंग आणि लोअरिंग मोशन मेकॅनिझम, ज्यामुळे क्रिस्टल वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान क्रुसिबल फिरते आणि 8-इंच क्रिस्टलची सुसंगतता सुनिश्चित करण्यासाठी आणि वाढ आणि जाडी सुलभ करण्यासाठी प्रक्रियेच्या आवश्यकतेनुसार कॉइलच्या सापेक्ष हलते. . 3) उच्च-गुणवत्तेच्या सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ प्रक्रियेच्या गरजा पूर्ण करणाऱ्या डायनॅमिक परिस्थितीत प्रक्रिया पॅरामीटर्सचे स्वयंचलित नियंत्रण.

1 PVT क्रिस्टल वाढ यंत्रणा

PVT पद्धत म्हणजे SiC सोर्सला दंडगोलाकार दाट ग्रेफाइट क्रुसिबलच्या तळाशी ठेवून सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल्स तयार करणे आणि SiC सीड क्रिस्टल क्रूसिबल कव्हरजवळ ठेवले जाते. क्रुसिबल रेडिओ फ्रिक्वेन्सी इंडक्शन किंवा रेझिस्टन्स द्वारे 2 300 ~ 2 400 ℃ पर्यंत गरम केले जाते आणि ग्रेफाइट फील किंवा द्वारे इन्सुलेट केले जातेसच्छिद्र ग्रेफाइट. SiC स्त्रोतापासून बियाणे क्रिस्टलकडे नेले जाणारे मुख्य पदार्थ Si, Si2C रेणू आणि SiC2 आहेत. सीड क्रिस्टलचे तापमान खालच्या सूक्ष्म-पावडरच्या तापमानापेक्षा किंचित कमी असावे म्हणून नियंत्रित केले जाते आणि क्रुसिबलमध्ये एक अक्षीय तापमान ग्रेडियंट तयार होतो. आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सिलिकॉन कार्बाइड सूक्ष्म-पावडर उच्च तापमानात वेगवेगळ्या वायू फेज घटकांचे अभिक्रिया वायू बनवते, जे तापमान ग्रेडियंटच्या ड्राइव्हखाली कमी तापमानासह सीड क्रिस्टलपर्यंत पोहोचते आणि त्यावर एक दंडगोलाकार बनते. सिलिकॉन कार्बाइड पिंड.

पीव्हीटीच्या वाढीच्या मुख्य रासायनिक प्रतिक्रिया आहेत:

SiC(s)⇌Si(g)+C(s) (1)

2SiC⇌Si2C(g)+C(s) (2)

2SiC⇌SiC2(g)+Si(l,g) (3)

SiC(s)⇌SiC(g) (4)

SiC सिंगल क्रिस्टल्सच्या PVT वाढीची वैशिष्ट्ये अशी आहेत:

1) दोन गॅस-सॉलिड इंटरफेस आहेत: एक गॅस-SiC पावडर इंटरफेस आहे आणि दुसरा गॅस-क्रिस्टल इंटरफेस आहे.

2) गॅस टप्पा दोन प्रकारच्या पदार्थांनी बनलेला असतो: एक म्हणजे प्रणालीमध्ये प्रवेश केलेले निष्क्रिय रेणू; दुसरा गॅस फेज घटक आहे SimCn च्या विघटन आणि उदात्तीकरणाद्वारे उत्पादितSiC पावडर. गॅस फेज घटक SimCn एकमेकांशी संवाद साधतात आणि क्रिस्टलायझेशन प्रक्रियेच्या आवश्यकता पूर्ण करणारे तथाकथित क्रिस्टलीय गॅस फेज घटक SimCn चा एक भाग SiC क्रिस्टलमध्ये वाढेल.

3) सॉलिड सिलिकॉन कार्बाइड पावडरमध्ये, कणांमध्ये घन-टप्प्यावरील प्रतिक्रिया घडतील ज्यामध्ये काही कण सिन्टरिंगद्वारे सच्छिद्र सिरॅमिक बॉडी तयार करतात, काही कण विशिष्ट कणांच्या आकाराचे धान्य बनवतात आणि क्रिस्टलायझेशन प्रतिक्रियांद्वारे क्रिस्टलोग्राफिक मॉर्फोलॉजी आणि काही. सिलिकॉन कार्बाइडचे कण स्टोइचिओमेट्रिक विघटन आणि उदात्तीकरणामुळे कार्बन-समृद्ध कण किंवा कार्बन कणांमध्ये रूपांतरित होतात.

4) क्रिस्टल वाढीच्या प्रक्रियेदरम्यान, दोन टप्प्यात बदल होतील: एक म्हणजे घन सिलिकॉन कार्बाइड पावडर कणांचे रूपांतर गॅस फेज घटक SimCn मध्ये नॉन-स्टोइचिओमेट्रिक विघटन आणि उदात्तीकरणाद्वारे होते आणि दुसरे म्हणजे गॅस फेज घटक SimCn चे रूपांतर होते. क्रिस्टलायझेशनद्वारे जाळीच्या कणांमध्ये.

2 उपकरणे डिझाइन आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेसमध्ये प्रामुख्याने समाविष्ट आहे: अप्पर कव्हर असेंब्ली, चेंबर असेंब्ली, हीटिंग सिस्टम, क्रूसिबल रोटेशन मेकॅनिझम, लोअर कव्हर उचलण्याची यंत्रणा आणि इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टम.

2.1 हीटिंग सिस्टम आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, हीटिंग सिस्टम इंडक्शन हीटिंगचा अवलंब करते आणि इंडक्शन कॉइलची बनलेली असते, aग्रेफाइट क्रूसिबल, एक इन्सुलेशन थर (कठोर वाटले, मऊ वाटले), इ. ग्रेफाइट क्रुसिबलच्या बाहेरील बाजूस असलेल्या मल्टी-टर्न इंडक्शन कॉइलमधून मध्यम वारंवारता पर्यायी प्रवाह जातो तेव्हा, ग्रेफाइट क्रूसिबलमध्ये समान वारंवारतेचे एक प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र तयार होईल, ज्यामुळे एक प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव्ह बल निर्माण होईल. उच्च-शुद्धतेच्या ग्रेफाइट क्रुसिबल सामग्रीमध्ये चांगली चालकता असल्याने, क्रूसिबल भिंतीवर एक प्रेरित विद्युत् प्रवाह तयार होतो, ज्यामुळे एक एडी प्रवाह तयार होतो. लॉरेन्ट्झ फोर्सच्या कृती अंतर्गत, प्रेरित प्रवाह शेवटी क्रूसिबलच्या बाहेरील भिंतीवर एकत्रित होईल (म्हणजे त्वचेचा प्रभाव) आणि हळूहळू रेडियल दिशेने कमकुवत होईल. एडी करंट्सच्या अस्तित्वामुळे, क्रूसिबलच्या बाहेरील भिंतीवर जौल उष्णता निर्माण होते, जी वाढ प्रणालीचा गरम स्त्रोत बनते. जौल उष्णतेचा आकार आणि वितरण थेट क्रूसिबलमधील तापमान क्षेत्र निश्चित करते, ज्यामुळे क्रिस्टलच्या वाढीवर परिणाम होतो.

आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, इंडक्शन कॉइल ही हीटिंग सिस्टमचा मुख्य भाग आहे. हे स्वतंत्र कॉइल स्ट्रक्चर्सचे दोन संच स्वीकारते आणि अनुक्रमे वरच्या आणि खालच्या अचूक गती यंत्रणेसह सुसज्ज आहे. संपूर्ण हीटिंग सिस्टमचे बहुतेक विद्युत उष्णतेचे नुकसान कॉइलद्वारे वहन केले जाते आणि सक्तीने कूलिंग करणे आवश्यक आहे. कॉइलला तांब्याच्या नळीने जखम करून आतल्या पाण्याने थंड केले जाते. प्रेरित विद्युत् प्रवाहाची वारंवारता श्रेणी 8~12 kHz आहे. इंडक्शन हीटिंगची वारंवारता ग्रेफाइट क्रूसिबलमधील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या प्रवेशाची खोली निर्धारित करते. कॉइल मोशन मेकॅनिझम मोटर-चालित स्क्रू जोडी यंत्रणा वापरते. इंडक्शन कॉइल पावडरचे उदात्तीकरण साध्य करण्यासाठी अंतर्गत ग्रेफाइट क्रूसिबल गरम करण्यासाठी इंडक्शन पॉवर सप्लायसह सहकार्य करते. त्याच वेळी, कॉइलच्या दोन संचांची शक्ती आणि सापेक्ष स्थिती नियंत्रित केली जाते ज्यामुळे सीड क्रिस्टलचे तापमान खालच्या सूक्ष्म-पावडरच्या तापमानापेक्षा कमी होते, ज्यामुळे बियाणे क्रिस्टल आणि पावडरमध्ये अक्षीय तापमान ग्रेडियंट तयार होते. क्रूसिबल, आणि सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टलवर वाजवी रेडियल तापमान ग्रेडियंट तयार करते.

2.2 मोठ्या आकाराच्या वाढीदरम्यान क्रूसिबल रोटेशन यंत्रणासिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल्स, पोकळीच्या निर्वात वातावरणातील क्रुसिबल प्रक्रियेच्या आवश्यकतेनुसार फिरत ठेवले जाते आणि पोकळीतील ग्रेडियंट थर्मल फील्ड आणि कमी-दाब स्थिती स्थिर ठेवली पाहिजे. आकृती 5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, क्रुसिबलचे स्थिर रोटेशन प्राप्त करण्यासाठी मोटर-चालित गियर जोडी वापरली जाते. फिरत्या शाफ्टचे डायनॅमिक सीलिंग साध्य करण्यासाठी चुंबकीय द्रव सीलिंग रचना वापरली जाते. चुंबकीय द्रवपदार्थ सील चुंबक, चुंबकीय ध्रुव शू आणि चुंबकीय स्लीव्ह यांच्यामध्ये तयार केलेल्या फिरत्या चुंबकीय क्षेत्र सर्किटचा वापर करते जेणेकरुन पोल शू टीप आणि स्लीव्हमधील चुंबकीय द्रव घट्टपणे शोषून घेते आणि ओ-रिंग सारखी द्रव रिंग तयार करते, पूर्णपणे ब्लॉक करते. सील करण्याचा उद्देश साध्य करण्यासाठी अंतर. जेव्हा रोटेशनल मोशन वातावरणातून व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये प्रसारित केले जाते, तेव्हा द्रव ओ-रिंग डायनॅमिक सीलिंग यंत्राचा वापर सोपी पोशाख आणि कमी आयुष्याच्या तोटेवर मात करण्यासाठी केला जातो आणि द्रव चुंबकीय द्रव संपूर्ण सीलबंद जागा भरू शकतो, त्याद्वारे हवा गळती करू शकणाऱ्या सर्व चॅनेल अवरोधित करणे आणि क्रूसिबल हालचाली आणि थांबणे या दोन प्रक्रियांमध्ये शून्य गळती साध्य करणे. चुंबकीय द्रव आणि क्रूसिबल समर्थन चुंबकीय द्रव आणि क्रूसिबल सपोर्टची उच्च-तापमान लागूता सुनिश्चित करण्यासाठी आणि थर्मल फील्ड स्थितीची स्थिरता प्राप्त करण्यासाठी वॉटर-कूलिंग स्ट्रक्चरचा अवलंब करतात.

2.3 लोअर कव्हर उचलण्याची यंत्रणा

लोअर कव्हर लिफ्टिंग मेकॅनिझममध्ये ड्राइव्ह मोटर, एक बॉल स्क्रू, एक रेखीय मार्गदर्शक, एक लिफ्टिंग ब्रॅकेट, एक फर्नेस कव्हर आणि फर्नेस कव्हर ब्रॅकेट असते. खालच्या कव्हरची वर आणि खाली हालचाल लक्षात येण्यासाठी मोटर स्क्रू मार्गदर्शक जोडीशी जोडलेल्या फर्नेस कव्हर ब्रॅकेटला रेड्यूसरद्वारे चालवते.

लोअर कव्हर लिफ्टिंग मेकॅनिझम मोठ्या आकाराच्या क्रुसिबलचे स्थान आणि काढणे सुलभ करते आणि सर्वात महत्त्वाचे म्हणजे, खालच्या फर्नेस कव्हरची सीलिंग विश्वासार्हता सुनिश्चित करते. संपूर्ण प्रक्रियेदरम्यान, चेंबरमध्ये व्हॅक्यूम, उच्च दाब आणि कमी दाब यांसारखे दाब बदलण्याचे टप्पे असतात. खालच्या कव्हरची कम्प्रेशन आणि सीलिंग स्थिती थेट प्रक्रियेच्या विश्वासार्हतेवर परिणाम करते. उच्च तापमानात सील अयशस्वी झाल्यानंतर, संपूर्ण प्रक्रिया स्क्रॅप केली जाईल. मोटर सर्वो कंट्रोल आणि लिमिट यंत्राद्वारे, आकृती 6 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, प्रक्रियेच्या दाबाची स्थिरता सुनिश्चित करण्यासाठी फर्नेस चेंबर सीलिंग रिंगचे कॉम्प्रेशन आणि सीलिंगची सर्वोत्तम स्थिती प्राप्त करण्यासाठी खालच्या कव्हर असेंबली आणि चेंबरची घट्टपणा नियंत्रित केली जाते. .

2.4 इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टीम सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्सच्या वाढीदरम्यान, इलेक्ट्रिकल कंट्रोल सिस्टमला विविध प्रक्रिया पॅरामीटर्स अचूकपणे नियंत्रित करणे आवश्यक आहे, ज्यामध्ये मुख्यतः कॉइल स्थितीची उंची, क्रूसिबल रोटेशन रेट, हीटिंग पॉवर आणि तापमान, भिन्न विशेष गॅस सेवन प्रवाह आणि उघडणे समाविष्ट आहे. आनुपातिक झडप.

आकृती 7 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, कंट्रोल सिस्टम प्रोग्रामेबल कंट्रोलरचा सर्व्हर म्हणून वापर करते, जो कॉइल आणि क्रूसिबलच्या गती नियंत्रणाची जाणीव करण्यासाठी बसद्वारे सर्वो ड्रायव्हरशी जोडलेला असतो; तापमान, दाब आणि विशेष प्रक्रिया वायू प्रवाहाचे रिअल-टाइम नियंत्रण लक्षात घेण्यासाठी ते मानक MobusRTU द्वारे तापमान नियंत्रक आणि प्रवाह नियंत्रकाशी जोडलेले आहे. हे इथरनेटद्वारे कॉन्फिगरेशन सॉफ्टवेअरशी संवाद स्थापित करते, रिअल टाइममध्ये सिस्टम माहितीची देवाणघेवाण करते आणि होस्ट संगणकावर विविध प्रक्रिया पॅरामीटर माहिती प्रदर्शित करते. ऑपरेटर, प्रक्रिया कर्मचारी आणि व्यवस्थापक मानवी-मशीन इंटरफेसद्वारे नियंत्रण प्रणालीसह माहितीची देवाणघेवाण करतात.

नियंत्रण प्रणाली सर्व फील्ड डेटा संकलन, सर्व ॲक्ट्युएटर्सच्या ऑपरेटिंग स्थितीचे विश्लेषण आणि यंत्रणांमधील तार्किक संबंध करते. प्रोग्रामेबल कंट्रोलर होस्ट संगणकाच्या सूचना प्राप्त करतो आणि सिस्टमच्या प्रत्येक ॲक्ट्युएटरचे नियंत्रण पूर्ण करतो. स्वयंचलित प्रक्रिया मेनूची अंमलबजावणी आणि सुरक्षा धोरण सर्व प्रोग्रामेबल कंट्रोलरद्वारे कार्यान्वित केले जातात. प्रोग्रामेबल कंट्रोलरची स्थिरता प्रक्रिया मेनू ऑपरेशनची स्थिरता आणि सुरक्षितता विश्वासार्हता सुनिश्चित करते.

वरचे कॉन्फिगरेशन रिअल टाइममध्ये प्रोग्रामेबल कंट्रोलरसह डेटा एक्सचेंज राखते आणि फील्ड डेटा प्रदर्शित करते. हे हीटिंग कंट्रोल, प्रेशर कंट्रोल, गॅस सर्किट कंट्रोल आणि मोटर कंट्रोल यासारख्या ऑपरेशन इंटरफेससह सुसज्ज आहे आणि इंटरफेसवर विविध पॅरामीटर्सची सेटिंग व्हॅल्यू सुधारली जाऊ शकतात. अलार्म पॅरामीटर्सचे रिअल-टाइम मॉनिटरिंग, स्क्रीन अलार्म डिस्प्ले प्रदान करणे, वेळ रेकॉर्ड करणे आणि अलार्म घटना आणि पुनर्प्राप्तीचा तपशीलवार डेटा. सर्व प्रक्रिया डेटाचे रिअल-टाइम रेकॉर्डिंग, स्क्रीन ऑपरेशन सामग्री आणि ऑपरेशन वेळ. विविध प्रक्रिया पॅरामीटर्सचे फ्यूजन नियंत्रण प्रोग्रामेबल कंट्रोलरमधील अंतर्निहित कोडद्वारे लक्षात येते आणि प्रक्रियेच्या जास्तीत जास्त 100 पायऱ्या साकारल्या जाऊ शकतात. प्रत्येक पायरीमध्ये प्रक्रिया ऑपरेशन वेळ, लक्ष्य शक्ती, लक्ष्य दाब, आर्गॉन प्रवाह, नायट्रोजन प्रवाह, हायड्रोजन प्रवाह, क्रूसिबल स्थिती आणि क्रूसिबल दर यासारख्या डझनपेक्षा जास्त प्रक्रिया पॅरामीटर्स समाविष्ट असतात.

3 थर्मल फील्ड सिम्युलेशन विश्लेषण

थर्मल फील्ड सिम्युलेशन विश्लेषण मॉडेल स्थापित केले आहे. आकृती 8 हा क्रूसिबल ग्रोथ चेंबरमधील तापमानाचा ढगाचा नकाशा आहे. 4H-SiC सिंगल क्रिस्टलच्या वाढीच्या तापमान श्रेणीची खात्री करण्यासाठी, सीड क्रिस्टलचे केंद्र तापमान 2200℃ आणि काठाचे तापमान 2205.4℃ असे मोजले जाते. यावेळी, क्रूसिबल टॉपचे केंद्र तापमान 2167.5 ℃ आहे, आणि पावडर क्षेत्राचे (साइड डाउन) उच्चतम तापमान 2274.4 ℃ आहे, एक अक्षीय तापमान ग्रेडियंट तयार करते.

क्रिस्टलचे रेडियल ग्रेडियंट वितरण आकृती 9 मध्ये दर्शविले आहे. बीज क्रिस्टल पृष्ठभागाचा खालचा बाजूकडील तापमान ग्रेडियंट क्रिस्टल वाढीचा आकार प्रभावीपणे सुधारू शकतो. वर्तमान गणना केलेला प्रारंभिक तापमान फरक 5.4℃ आहे आणि एकूण आकार जवळजवळ सपाट आणि किंचित बहिर्वक्र आहे, जो रेडियल तापमान नियंत्रण अचूकता आणि बीज क्रिस्टल पृष्ठभागाची एकसमानता आवश्यकता पूर्ण करू शकतो.

कच्च्या मालाची पृष्ठभाग आणि बियाणे क्रिस्टल पृष्ठभाग यांच्यातील तापमानातील फरक वक्र आकृती 10 मध्ये दर्शविला आहे. सामग्रीच्या पृष्ठभागाचे केंद्र तापमान 2210 ℃ आहे आणि 1℃/cm चा अनुदैर्ध्य तापमान ग्रेडियंट सामग्रीचा पृष्ठभाग आणि बिया यांच्यामध्ये तयार होतो. क्रिस्टल पृष्ठभाग, जे वाजवी मर्यादेत आहे.

अंदाजे वाढीचा दर आकृती 11 मध्ये दर्शविला आहे. खूप जलद वाढीचा दर बहुरूपता आणि विस्थापन यांसारख्या दोषांची संभाव्यता वाढवू शकतो. सध्याचा अंदाजित वाढ दर 0.1 मिमी/ता च्या जवळ आहे, जो वाजवी मर्यादेत आहे.

थर्मल फील्ड सिम्युलेशन विश्लेषण आणि गणनेद्वारे, असे आढळून आले आहे की बियाणे क्रिस्टलचे केंद्र तापमान आणि काठाचे तापमान 8 इंच क्रिस्टलच्या रेडियल तापमान ग्रेडियंटला पूर्ण करते. त्याच वेळी, क्रूसिबलचा वरचा आणि खालचा भाग क्रिस्टलच्या लांबी आणि जाडीसाठी योग्य अक्षीय तापमान ग्रेडियंट तयार करतो. वाढ प्रणालीची सध्याची गरम पद्धत 8-इंच सिंगल क्रिस्टल्सची वाढ पूर्ण करू शकते.

4 प्रायोगिक चाचणी

याचा वापर करूनसिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल ग्रोथ फर्नेस, थर्मल फील्ड सिम्युलेशनच्या तापमान ग्रेडियंटवर आधारित, क्रूसिबल टॉप तापमान, पोकळीचा दाब, क्रूसिबल रोटेशन गती आणि वरच्या आणि खालच्या कॉइल्सची सापेक्ष स्थिती यांसारखे पॅरामीटर्स समायोजित करून, एक सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल वाढ चाचणी केली गेली. , आणि 8-इंच सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल प्राप्त झाले (आकृती 12 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे).

5. निष्कर्ष

ग्रेडियंट थर्मल फील्ड, क्रूसिबल मोशन मेकॅनिझम आणि प्रक्रिया पॅरामीटर्सचे स्वयंचलित नियंत्रण यासारख्या 8-इंच सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल्सच्या वाढीसाठी प्रमुख तंत्रज्ञानाचा अभ्यास करण्यात आला. आदर्श तापमान ग्रेडियंट प्राप्त करण्यासाठी क्रूसिबल ग्रोथ चेंबरमधील थर्मल फील्डचे नक्कल आणि विश्लेषण केले गेले. चाचणी केल्यानंतर, डबल-कॉइल इंडक्शन हीटिंग पद्धत मोठ्या आकाराच्या वाढीची पूर्तता करू शकतेसिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल्स. या तंत्रज्ञानाचे संशोधन आणि विकास 8-इंच कार्बाइड क्रिस्टल्स मिळविण्यासाठी उपकरणे तंत्रज्ञान प्रदान करते आणि सिलिकॉन कार्बाइड औद्योगिकीकरण 6 इंच ते 8 इंचापर्यंत संक्रमणासाठी उपकरणे पाया प्रदान करते, सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीची वाढ कार्यक्षमता सुधारते आणि खर्च कमी करते.