സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകൾ വളർത്തുന്നതിനുള്ള പ്രധാന രീതികളിൽ ഫിസിക്കൽ വേപ്പർ ട്രാൻസ്പോർട്ട് (PVT), ടോപ്പ്-സീഡഡ് സൊല്യൂഷൻ ഗ്രോത്ത് (TSSG), ഹൈ-ടെമ്പറേച്ചർ കെമിക്കൽ വേപ്പർ ഡിപ്പോസിഷൻ (HT-CVD) എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.

ഇവയിൽ, താരതമ്യേന ലളിതമായ ഉപകരണ സജ്ജീകരണം, പ്രവർത്തനത്തിന്റെയും നിയന്ത്രണത്തിന്റെയും എളുപ്പം, കുറഞ്ഞ ഉപകരണങ്ങളുടെയും പ്രവർത്തന ചെലവുകളുടെയും ഫലമായി വ്യാവസായിക ഉൽപ്പാദനത്തിനുള്ള പ്രാഥമിക സാങ്കേതികതയായി PVT രീതി മാറിയിരിക്കുന്നു.

---

PVT രീതി ഉപയോഗിച്ചുള്ള SiC ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയുടെ പ്രധാന സാങ്കേതിക പോയിന്റുകൾ

പിവിടി രീതി ഉപയോഗിച്ച് സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് പരലുകൾ വളർത്തുന്നതിന്, നിരവധി സാങ്കേതിക വശങ്ങൾ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിയന്ത്രിക്കേണ്ടതുണ്ട്:

1. താപ മണ്ഡലത്തിലെ ഗ്രാഫൈറ്റ് വസ്തുക്കളുടെ പരിശുദ്ധി
   ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രോത്ത് തെർമൽ ഫീൽഡിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഗ്രാഫൈറ്റ് വസ്തുക്കൾ കർശനമായ പരിശുദ്ധി ആവശ്യകതകൾ പാലിക്കണം. ഗ്രാഫൈറ്റ് ഘടകങ്ങളിലെ മാലിന്യത്തിന്റെ അളവ് 5×10⁻⁶ ൽ താഴെയായിരിക്കണം, കൂടാതെ 10×10⁻⁶ ൽ താഴെയുള്ള ഇൻസുലേഷൻ ഫെൽറ്റുകൾക്ക്. പ്രത്യേകിച്ചും, ബോറോണിന്റെയും (B) അലുമിനിയത്തിന്റെയും (Al) ഉള്ളടക്കം ഓരോന്നും 0.1×10⁻⁶ ൽ താഴെയായിരിക്കണം.

2. വിത്ത് പരലിന്റെ ശരിയായ ധ്രുവീകരണം
   4H-SiC പരലുകൾ വളർത്തുന്നതിന് C-face (0001) അനുയോജ്യമാണെന്ന് അനുഭവപരമായ ഡാറ്റ കാണിക്കുന്നു, അതേസമയം Si-face (0001) 6H-SiC പരലുകൾ വളർത്തുന്നതിന് ഉചിതമാണ്.

3. ഓഫ്-ആക്സിസ് വിത്ത് പരലുകളുടെ ഉപയോഗം
   അച്ചുതണ്ടിന് പുറത്തുള്ള വിത്തുകൾക്ക് വളർച്ചാ സമമിതി മാറ്റാനും, പരൽ വൈകല്യങ്ങൾ കുറയ്ക്കാനും, മികച്ച പരൽ ഗുണനിലവാരം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കാനും കഴിയും.

4. വിശ്വസനീയമായ വിത്ത് ക്രിസ്റ്റൽ ബോണ്ടിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ
   വളർച്ചയുടെ സമയത്ത് സ്ഥിരത കൈവരിക്കുന്നതിന് വിത്ത് പരലും ഹോൾഡറും തമ്മിലുള്ള ശരിയായ ബന്ധം അത്യാവശ്യമാണ്.

5. വളർച്ചാ ഇന്റർഫേസിന്റെ സ്ഥിരത നിലനിർത്തൽ
   ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ വികസനം ഉറപ്പാക്കാൻ, മുഴുവൻ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ ചക്രത്തിലും വളർച്ചാ ഇന്റർഫേസ് സ്ഥിരതയുള്ളതായിരിക്കണം.

 

---

SiC ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയിലെ പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യകൾ

1. SiC പൗഡറിനുള്ള ഡോപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ

4H-SiC പോലുള്ള ഒറ്റ പോളിടൈപ്പിന്റെ വളർച്ച സ്ഥിരപ്പെടുത്താൻ സീരിയം (Ce) ഉപയോഗിച്ച് SiC പൊടി ഡോപ്പിംഗ് സഹായിക്കും. Ce ഡോപ്പിംഗിന് ഇവ ചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്ന് പ്രാക്ടീസ് തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്:

• SiC പരലുകളുടെ വളർച്ചാ നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുക;

• കൂടുതൽ ഏകീകൃതവും ദിശാസൂചനയുള്ളതുമായ വളർച്ചയ്ക്കായി ക്രിസ്റ്റൽ ഓറിയന്റേഷൻ മെച്ചപ്പെടുത്തുക;

• മാലിന്യങ്ങളും വൈകല്യങ്ങളും കുറയ്ക്കുക;

• ക്രിസ്റ്റലിന്റെ പിൻഭാഗത്തെ നാശത്തെ തടയുക;

• ഒറ്റ പരൽ വിളവ് നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുക.

2. ആക്സിയൽ, റേഡിയൽ തെർമൽ ഗ്രേഡിയന്റുകളുടെ നിയന്ത്രണം

അച്ചുതണ്ട് താപനില ഗ്രേഡിയന്റുകൾ ക്രിസ്റ്റൽ പോളിടൈപ്പിനെയും വളർച്ചാ നിരക്കിനെയും ബാധിക്കുന്നു. വളരെ ചെറുതായ ഒരു ഗ്രേഡിയന്റ് നീരാവി ഘട്ടത്തിൽ പോളിടൈപ്പ് ഉൾപ്പെടുത്തലുകൾക്കും മെറ്റീരിയൽ ഗതാഗതം കുറയുന്നതിനും ഇടയാക്കും. സ്ഥിരതയുള്ള ഗുണനിലവാരത്തോടെ വേഗതയേറിയതും സ്ഥിരതയുള്ളതുമായ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയ്ക്ക് അച്ചുതണ്ട്, റേഡിയൽ ഗ്രേഡിയന്റുകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നത് നിർണായകമാണ്.

3. ബേസൽ പ്ലെയിൻ ഡിസ്‌ലോക്കേഷൻ (ബിപിഡി) നിയന്ത്രണ സാങ്കേതികവിദ്യ

SiC ക്രിസ്റ്റലുകളിലെ ഷിയർ സ്ട്രെസ് ക്രിട്ടിക്കൽ ത്രെഷോൾഡ് കവിയുന്നതിനാലാണ് BPD-കൾ പ്രധാനമായും രൂപപ്പെടുന്നത്, ഇത് സ്ലിപ്പ് സിസ്റ്റങ്ങളെ സജീവമാക്കുന്നു. BPD-കൾ വളർച്ചാ ദിശയ്ക്ക് ലംബമായതിനാൽ, അവ സാധാരണയായി ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയിലും തണുപ്പിക്കലിലും ഉണ്ടാകുന്നു. ആന്തരിക സമ്മർദ്ദം കുറയ്ക്കുന്നത് BPD സാന്ദ്രത ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കും.

4. നീരാവി ഘട്ട ഘടന അനുപാത നിയന്ത്രണം

നീരാവി ഘട്ടത്തിൽ കാർബൺ-സിലിക്കൺ അനുപാതം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് ഒറ്റ പോളിടൈപ്പ് വളർച്ചയെ പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു തെളിയിക്കപ്പെട്ട രീതിയാണ്. ഉയർന്ന C/Si അനുപാതം മാക്രോസ്റ്റെപ്പ് ബഞ്ചിംഗ് കുറയ്ക്കുകയും വിത്ത് പരലിൽ നിന്നുള്ള ഉപരിതല പാരമ്പര്യം നിലനിർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു, അങ്ങനെ അനാവശ്യ പോളിടൈപ്പുകളുടെ രൂപീകരണം അടിച്ചമർത്തുന്നു.

5. ലോ-സ്ട്രസ് വളർച്ചാ വിദ്യകൾ

ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയ്ക്കിടയിലുള്ള സമ്മർദ്ദം വളഞ്ഞ ലാറ്റിസ് തലങ്ങൾ, വിള്ളലുകൾ, ഉയർന്ന BPD സാന്ദ്രത എന്നിവയിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം. ഈ വൈകല്യങ്ങൾ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ പാളികളിലേക്ക് വ്യാപിക്കുകയും ഉപകരണ പ്രകടനത്തെ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കുകയും ചെയ്യും.

ആന്തരിക ക്രിസ്റ്റൽ സമ്മർദ്ദം കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള നിരവധി തന്ത്രങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

• സന്തുലിതാവസ്ഥയ്ക്ക് സമീപമുള്ള വളർച്ച പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നതിന് താപ ഫീൽഡ് വിതരണവും പ്രക്രിയ പാരാമീറ്ററുകളും ക്രമീകരിക്കൽ;

• മെക്കാനിക്കൽ തടസ്സങ്ങളില്ലാതെ ക്രിസ്റ്റലിന് സ്വതന്ത്രമായി വളരാൻ അനുവദിക്കുന്നതിന് ക്രൂസിബിൾ ഡിസൈൻ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുക;

• ചൂടാക്കുമ്പോൾ വിത്തിനും ഗ്രാഫൈറ്റിനും ഇടയിലുള്ള താപ വികാസ പൊരുത്തക്കേട് കുറയ്ക്കുന്നതിന് വിത്ത് ഹോൾഡർ കോൺഫിഗറേഷൻ മെച്ചപ്പെടുത്തുക, പലപ്പോഴും വിത്തിനും ഹോൾഡറിനും ഇടയിൽ 2 മില്ലീമീറ്റർ വിടവ് ഇടുക;

• അനീലിംഗ് പ്രക്രിയകൾ ശുദ്ധീകരിക്കുക, ചൂള ഉപയോഗിച്ച് ക്രിസ്റ്റലിനെ തണുപ്പിക്കാൻ അനുവദിക്കുക, ആന്തരിക സമ്മർദ്ദം പൂർണ്ണമായും ഒഴിവാക്കാൻ താപനിലയും ദൈർഘ്യവും ക്രമീകരിക്കുക.

---

SiC ക്രിസ്റ്റൽ ഗ്രോത്ത് ടെക്നോളജിയിലെ ട്രെൻഡുകൾ

1. വലിയ ക്രിസ്റ്റൽ വലുപ്പങ്ങൾ
SiC സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ വ്യാസം ഏതാനും മില്ലിമീറ്ററിൽ നിന്ന് 6 ഇഞ്ച്, 8 ഇഞ്ച്, 12 ഇഞ്ച് വേഫറുകളായി വർദ്ധിച്ചു. ഉയർന്ന പവർ ഉപകരണ ആപ്ലിക്കേഷനുകളുടെ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നതിനൊപ്പം വലിയ വേഫറുകൾ ഉൽപ്പാദനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെലവ് കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

2. ഉയർന്ന ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരം
ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള ഉപകരണങ്ങൾക്ക് ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള SiC ക്രിസ്റ്റലുകൾ അത്യാവശ്യമാണ്. കാര്യമായ പുരോഗതികൾ ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും, നിലവിലെ ക്രിസ്റ്റലുകളിൽ ഇപ്പോഴും മൈക്രോപൈപ്പുകൾ, സ്ഥാനഭ്രംശങ്ങൾ, മാലിന്യങ്ങൾ തുടങ്ങിയ വൈകല്യങ്ങൾ കാണപ്പെടുന്നു, ഇവയെല്ലാം ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രകടനത്തെയും വിശ്വാസ്യതയെയും നശിപ്പിക്കും.

3. ചെലവ് കുറയ്ക്കൽ
SiC ക്രിസ്റ്റൽ ഉത്പാദനം ഇപ്പോഴും താരതമ്യേന ചെലവേറിയതാണ്, ഇത് വിശാലമായ സ്വീകാര്യതയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്ത വളർച്ചാ പ്രക്രിയകളിലൂടെ ചെലവ് കുറയ്ക്കുക, ഉൽപ്പാദനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുക, അസംസ്കൃത വസ്തുക്കളുടെ വില കുറയ്ക്കുക എന്നിവ വിപണി ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിന് നിർണായകമാണ്.

4. ഇന്റലിജന്റ് മാനുഫാക്ചറിംഗ്
കൃത്രിമബുദ്ധി, ബിഗ് ഡാറ്റ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ എന്നിവയിലെ പുരോഗതിയോടെ, SiC ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച ബുദ്ധിപരവും ഓട്ടോമേറ്റഡ് പ്രക്രിയകളിലേക്കും നീങ്ങുന്നു. സെൻസറുകൾക്കും നിയന്ത്രണ സംവിധാനങ്ങൾക്കും വളർച്ചാ സാഹചര്യങ്ങൾ തത്സമയം നിരീക്ഷിക്കാനും ക്രമീകരിക്കാനും കഴിയും, ഇത് പ്രക്രിയ സ്ഥിരതയും പ്രവചനാത്മകതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. ഡാറ്റ അനലിറ്റിക്സിന് പ്രക്രിയ പാരാമീറ്ററുകളും ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരവും കൂടുതൽ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാൻ കഴിയും.

ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള SiC സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനം സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയൽ ഗവേഷണത്തിലെ ഒരു പ്രധാന ശ്രദ്ധാകേന്ദ്രമാണ്. സാങ്കേതികവിദ്യ പുരോഗമിക്കുമ്പോൾ, ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചാ രീതികൾ വികസിക്കുകയും മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നത് തുടരും, ഉയർന്ന താപനില, ഉയർന്ന ആവൃത്തി, ഉയർന്ന പവർ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിൽ SiC ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ശക്തമായ അടിത്തറ നൽകുന്നു.