Siliziumkarbid-Widerstand, langer Kristallofen, der 6/8/12 Zoll SiC-Ingot-Kristall PVT-Methode züchtet

Siliziumkarbid-Widerstand, langer Kristallofen, Züchtung von 6/8/12 Zoll SiC-Ingot-Kristall, PVT-Methode. Ausgewähltes Bild

Kurze Beschreibung:

Der Siliziumkarbid-Widerstandswachstumsofen (PVT-Verfahren, Physical Vapor Transfer Method) ist ein Schlüsselgerät für die Züchtung von Siliziumkarbid-Einkristallen (SiC) durch Hochtemperatur-Sublimations-Rekristallisation. Die Technologie nutzt Widerstandsheizung (Graphitheizkörper), um das SiC-Rohmaterial bei hohen Temperaturen von 2000 bis 2500 °C zu sublimieren und im Niedertemperaturbereich (Impfkristall) zu rekristallisieren, um einen hochwertigen SiC-Einkristall (4H/6H-SiC) zu bilden. Das PVT-Verfahren ist das gängige Verfahren für die Massenproduktion von SiC-Substraten mit einer Größe von 6 Zoll und weniger und wird häufig bei der Substratherstellung von Leistungshalbleitern (wie MOSFETs, SBD) und Hochfrequenzbauelementen (GaN-auf-SiC) eingesetzt.

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Funktionsprinzip:

1. Beladung des Rohmaterials: Hochreines SiC-Pulver (oder -Block) wird am Boden des Graphittiegels (Hochtemperaturzone) platziert.

2. Vakuum/Inertgas: Ofenraum evakuieren (<10⁻³ mbar) oder Inertgas (Ar) durchleiten.

3. Hochtemperatursublimation: Widerstandserhitzung auf 2000–2500 °C, SiC-Zersetzung in Si, Si₂C, SiC₂ und andere Gasphasenkomponenten.

4. Gasphasenübertragung: Der Temperaturgradient treibt die Diffusion des Gasphasenmaterials in den Niedertemperaturbereich (Keimende).

5. Kristallwachstum: Die Gasphase rekristallisiert auf der Oberfläche des Impfkristalls und wächst gerichtet entlang der C-Achse oder A-Achse.

Schlüsselparameter:

1. Temperaturgradient: 20–50 °C/cm (Kontrolle der Wachstumsrate und Defektdichte).

2. Druck: 1–100 mbar (niedriger Druck zur Reduzierung der Verunreinigung).

3. Wachstumsrate: 0,1–1 mm/h (beeinflusst die Kristallqualität und die Produktionseffizienz).

Haupteigenschaften:

(1) Kristallqualität
Geringe Defektdichte: Mikrotubulidichte <1 cm⁻², Versetzungsdichte 10³~10⁴ cm⁻² (durch Saatoptimierung und Prozesskontrolle).

Steuerung des polykristallinen Typs: 4H-SiC (Mainstream), 6H-SiC, 4H-SiC-Anteil >90 % (Temperaturgradient und stöchiometrisches Verhältnis der Gasphase müssen genau gesteuert werden).

(2) Geräteleistung
Hohe Temperaturstabilität: Temperatur des Graphitheizkörpers > 2500 °C, Ofenkörper verfügt über ein mehrschichtiges Isolierdesign (z. B. Graphitfilz + wassergekühlter Mantel).

Gleichmäßigkeitskontrolle: Axiale/radiale Temperaturschwankungen von ±5 °C gewährleisten die Konsistenz des Kristalldurchmessers (Abweichung der Substratdicke von 6 Zoll <5 %).

Automatisierungsgrad: Integriertes SPS-Steuerungssystem, Echtzeitüberwachung von Temperatur, Druck und Wachstumsrate.

(3) Technologische Vorteile
Hohe Materialausnutzung: Rohstoffumwandlungsrate >70 % (besser als CVD-Methode).

Kompatibilität mit großen Größen: 6 Zoll sind in Massenproduktion, 8 Zoll ist in der Entwicklungsphase.

(4) Energieverbrauch und -kosten
Der Energieverbrauch eines einzelnen Ofens beträgt 300–800 kWh und macht 40–60 % der Produktionskosten des SiC-Substrats aus.

Die Ausrüstungsinvestition ist hoch (1,5 Mio. 3 Mio. pro Einheit), aber die Substratkosten pro Einheit sind niedriger als bei der CVD-Methode.

Kernanwendungen:

1. Leistungselektronik: SiC-MOSFET-Substrat für Wechselrichter für Elektrofahrzeuge und Photovoltaik-Wechselrichter.

2. HF-Geräte: 5G-Basisstation, epitaktisches GaN-auf-SiC-Substrat (hauptsächlich 4H-SiC).

3. Geräte für extreme Umgebungen: Hochtemperatur- und Hochdrucksensoren für die Luft- und Raumfahrt sowie Kernenergieanlagen.

Technische Parameter:

Spezifikation	Details
Abmessungen (L × B × H)	2500 × 2400 × 3456 mm oder individuell
Tiegeldurchmesser	900 mm
Endvakuumdruck	6 × 10⁻⁴ Pa (nach 1,5 Stunden Vakuum)
Leckrate	≤5 Pa/12h (Ausheizen)
Rotationswellendurchmesser	50 mm
Rotationsgeschwindigkeit	0,5–5 U/min
Heizmethode	Elektrische Widerstandsheizung
Maximale Ofentemperatur	2500°C
Heizleistung	40 kW × 2 × 20 kW
Temperaturmessung	Zweifarbiges Infrarot-Pyrometer
Temperaturbereich	900–3000 °C
Temperaturgenauigkeit	±1 °C
Druckbereich	1–700 mbar
Genauigkeit der Druckregelung	1–10 mbar: ±0,5 % FS; 10–100 mbar: ±0,5 % FS; 100–700 mbar: ±0,5 % FS
Vorgangstyp	Befüllung von unten, manuelle/automatische Sicherheitsoptionen
Optionale Funktionen	Doppelte Temperaturmessung, mehrere Heizzonen

XKH-Dienste:

XKH bietet den gesamten Prozessservice für SiC-PVT-Öfen an, einschließlich Geräteanpassung (Thermofelddesign, automatische Steuerung), Prozessentwicklung (Kristallformkontrolle, Defektoptimierung), technischer Schulung (Betrieb und Wartung) und Kundendienst (Austausch von Graphitteilen, Thermofeldkalibrierung), um Kunden bei der Massenproduktion hochwertiger SiC-Kristalle zu unterstützen. Wir bieten außerdem Prozess-Upgrades zur kontinuierlichen Verbesserung der Kristallausbeute und Wachstumseffizienz an. Die typische Vorlaufzeit beträgt 3–6 Monate.