SiC-Ingot-Züchtungsofen für SiC-Kristalle mit großem Durchmesser – TSSG/LPE-Methoden

Kurze Beschreibung:

Der Flüssigphasen-Siliziumkarbid-Ingot-Wachstumsofen von XKH nutzt die weltweit führenden TSSG- (Top-Seeded Solution Growth) und LPE-Technologien (Liquid Phase Epitaxy), die speziell für das Wachstum hochwertiger SiC-Einkristalle entwickelt wurden. Die TSSG-Methode ermöglicht das Wachstum von 4-8 Zoll großen 4H/6H-SiC-Ingots durch präzise Steuerung des Temperaturgradienten und der Keimhubgeschwindigkeit, während die LPE-Methode das kontrollierte Wachstum von SiC-Epitaxieschichten bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht und sich besonders für Epitaxieschichten mit extrem geringer Defektdichte eignet. Dieses Flüssigphasen-Siliziumkarbid-Ingot-Wachstumssystem wird erfolgreich in der industriellen Produktion verschiedener SiC-Kristalle eingesetzt, darunter 4H/6H-N-Typ und 4H/6H-SEMI-Isoliertyp, und bietet Komplettlösungen von der Ausrüstung bis hin zu den Prozessen.

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Merkmale

Funktionsprinzip

Das Kernprinzip des Flüssigphasen-Züchtens von Siliziumkarbid-Ingots besteht darin, hochreine SiC-Rohmaterialien in geschmolzenen Metallen (z. B. Si, Cr) bei 1800–2100 °C aufzulösen, um gesättigte Lösungen zu bilden. Anschließend erfolgt ein kontrolliertes gerichtetes Wachstum von SiC-Einkristallen auf Impfkristallen durch präzise Temperaturgradienten- und Übersättigungsregelung. Diese Technologie eignet sich besonders zur Herstellung hochreiner (>99,9995 %) 4H/6H-SiC-Einkristalle mit geringer Defektdichte (<100/cm²), die die strengen Substratanforderungen für Leistungselektronik und HF-Geräte erfüllen. Das Flüssigphasen-Züchtungssystem ermöglicht eine präzise Steuerung des Kristallleitfähigkeitstyps (N/P-Typ) und des spezifischen Widerstands durch optimierte Lösungszusammensetzung und Wachstumsparameter.

Kernkomponenten

1. Spezielles Tiegelsystem: Hochreiner Graphit-/Tantal-Verbundtiegel, Temperaturbeständigkeit >2200 °C, beständig gegen SiC-Schmelzkorrosion.

2. Mehrzonen-Heizsystem: Kombinierte Widerstands-/Induktionsheizung mit einer Temperaturregelgenauigkeit von ±0,5 °C (Bereich 1800–2100 °C).

3. Präzisionsbewegungssystem: Doppelte Regelung für Saatrotation (0–50 U/min) und Anheben (0,1–10 mm/h).

4. Atmosphärenkontrollsystem: Hochreiner Argon-/Stickstoffschutz, einstellbarer Arbeitsdruck (0,1–1 atm).

5. Intelligentes Steuerungssystem: Redundante Steuerung durch SPS und Industrie-PC mit Echtzeitüberwachung der Wachstumsschnittstelle.

6. Effizientes Kühlsystem: Das abgestufte Wasserkühlungsdesign gewährleistet einen langfristig stabilen Betrieb.

Vergleich TSSG vs. LPE

Eigenschaften	TSSG-Methode	LPE-Methode
Wachstumstemperatur	2000-2100°C	1500-1800°C
Wachstumsrate	0,2-1 mm/h	5–50 μm/h
Kristallgröße	4-8 Zoll Barren	50–500 μm Epi-Schichten
Hauptanwendung	Untergrundvorbereitung	Epi-Schichten für Leistungsgeräte
Defektdichte	<500/cm²	<100/cm²
Geeignete Polytypen	4H/6H-SiC	4H/3C-SiC

Wichtige Anwendungen

1. Leistungselektronik: 6-Zoll-4H-SiC-Substrate für 1200 V+ MOSFETs/Dioden.

2. 5G-HF-Geräte: Halbisolierende SiC-Substrate für PAs von Basisstationen.

3. EV-Anwendungen: Ultradicke (>200 μm) Epi-Schichten für Module in Automobilqualität.

4. PV-Wechselrichter: Substrate mit wenigen Defekten ermöglichen einen Umwandlungswirkungsgrad von >99 %.

Kernvorteile

1. Technologische Überlegenheit
1.1 Integriertes Multimethodendesign
Dieses Flüssigphasen-SiC-Ingot-Züchtungssystem kombiniert auf innovative Weise TSSG- und LPE-Kristallzüchtungstechnologien. Das TSSG-System nutzt Top-Seed-Lösungswachstum mit präziser Schmelzkonvektion und Temperaturgradientenkontrolle (ΔT ≤ 5 °C/cm) und ermöglicht so das stabile Wachstum von 4–8 Zoll großen SiC-Ingots mit Einzelausbeuten von 15–20 kg für 6H/4H-SiC-Kristalle. Das LPE-System nutzt eine optimierte Lösungsmittelzusammensetzung (Si-Cr-Legierungssystem) und eine Übersättigungskontrolle (±1 %), um hochwertige, dicke Epitaxieschichten mit einer Defektdichte von <100/cm² bei relativ niedrigen Temperaturen (1500–1800 °C) zu züchten.

1.2 Intelligentes Steuerungssystem
Ausgestattet mit intelligenter Wachstumssteuerung der 4. Generation mit:
• Multispektrale In-situ-Überwachung (Wellenlängenbereich 400–2500 nm)
• Laserbasierte Schmelzniveauerkennung (±0,01 mm Präzision)
• CCD-basierte Durchmesserregelung (<±1 mm Schwankung)
• KI-gestützte Wachstumsparameteroptimierung (15 % Energieeinsparung)

2. Vorteile der Prozessleistung
2.1 Kernstärken der TSSG-Methode
• Großformatfähigkeit: Unterstützt bis zu 8 Zoll großes Kristallwachstum mit >99,5 % Durchmessergleichmäßigkeit
• Überlegene Kristallinität: Versetzungsdichte <500/cm², Mikroröhrendichte <5/cm²
• Dotierungsgleichmäßigkeit: <8 % n-Typ-Widerstandsvariation (4-Zoll-Wafer)
• Optimierte Wachstumsrate: Einstellbar 0,3–1,2 mm/h, 3–5 × schneller als Dampfphasenmethoden

2.2 Kernstärken der LPE-Methode
• Epitaxie mit extrem geringen Defekten: Grenzflächenzustandsdichte <1×10¹¹cm⁻²·eV⁻¹
• Präzise Dickenkontrolle: 50–500 μm Epi-Schichten mit <±2 % Dickenabweichung
• Niedrigtemperatureffizienz: 300–500 °C niedriger als CVD-Prozesse
• Wachstum komplexer Strukturen: Unterstützt pn-Übergänge, Übergitter usw.

3. Vorteile der Produktionseffizienz
3.1 Kostenkontrolle
• 85 % Rohstoffausnutzung (vs. 60 % konventionell)
• 40 % geringerer Energieverbrauch (im Vergleich zu HVPE)
• 90 % Geräteverfügbarkeit (modulares Design minimiert Ausfallzeiten)

3.2 Qualitätssicherung
• 6σ-Prozesskontrolle (CPK>1,67)
• Online-Defekterkennung (0,1 μm Auflösung)
• Vollständige Rückverfolgbarkeit der Prozessdaten (über 2000 Echtzeitparameter)

3.3 Skalierbarkeit
• Kompatibel mit 4H/6H/3C-Polytypen
• Aufrüstbar auf 12-Zoll-Prozessmodule
• Unterstützt SiC/GaN-Heterointegration

4. Vorteile der Branchenanwendung
4.1 Leistungsgeräte
• Substrate mit niedrigem Widerstand (0,015–0,025 Ω·cm) für 1200–3300 V-Geräte
• Halbisolierende Substrate (>10⁸Ω·cm) für HF-Anwendungen

4.2 Neue Technologien
• Quantenkommunikation: Substrate mit extrem geringem Rauschen (1/f-Rauschen <-120 dB)
• Extreme Umgebungen: Strahlungsresistente Kristalle (<5 % Abbau nach 1×10¹⁶n/cm² Bestrahlung)

XKH-Dienste

1. Kundenspezifische Ausrüstung: Maßgeschneiderte TSSG/LPE-Systemkonfigurationen.
2. Prozesstraining: Umfassende technische Schulungsprogramme.
3. Kundendienst: Technische Reaktion und Wartung rund um die Uhr.
4. Schlüsselfertige Lösungen: Umfassender Service von der Installation bis zur Prozessvalidierung.
5. Materialversorgung: 2-12 Zoll SiC-Substrate/Epi-Wafer verfügbar.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:
• Kristallwachstumsfähigkeit von bis zu 8 Zoll.
• Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstands <0,5 %.
• Geräteverfügbarkeit >95 %.
• Technischer Support rund um die Uhr.