Horno de crecimiento de cristales largos de carburo de silicio de 6/8/12 pulgadas mediante el método PVT

Descripción breve:

El horno de crecimiento por resistencia de carburo de silicio (método PVT, método de transferencia física de vapor) es un equipo clave para el crecimiento de monocristales de carburo de silicio (SiC) mediante el principio de sublimación-recristalización a alta temperatura. Esta tecnología utiliza calentamiento por resistencia (cuerpo calefactor de grafito) para sublimar la materia prima de SiC a una temperatura elevada de 2000 a 2500 °C, y recristalizarla a baja temperatura (cristal semilla) para formar un monocristal de SiC de alta calidad (4H/6H-SiC). El método PVT es el proceso principal para la producción en masa de sustratos de SiC de 6 pulgadas o menos, y se utiliza ampliamente en la preparación de sustratos para semiconductores de potencia (como MOSFET y diodos Schottky) y dispositivos de radiofrecuencia (GaN sobre SiC).

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Características

Principio de funcionamiento:

1. Carga de materia prima: polvo (o bloque) de SiC de alta pureza colocado en el fondo del crisol de grafito (zona de alta temperatura).

2. Ambiente de vacío/inerte: haga vacío en la cámara del horno (<10⁻³ mbar) o pase gas inerte (Ar).

3. Sublimación a alta temperatura: calentamiento por resistencia a 2000~2500 ℃, descomposición de SiC en Si, Si₂C, SiC₂ y otros componentes en fase gaseosa.

4. Transmisión en fase gaseosa: el gradiente de temperatura impulsa la difusión del material en fase gaseosa hacia la región de baja temperatura (extremo de la semilla).

5. Crecimiento cristalino: La fase gaseosa recristaliza en la superficie del cristal semilla y crece en una dirección a lo largo del eje C o del eje A.

Parámetros clave:

1. Gradiente de temperatura: 20~50℃/cm (controla la velocidad de crecimiento y la densidad de defectos).

2. Presión: 1~100mbar (presión baja para reducir la incorporación de impurezas).

3. Tasa de crecimiento: 0,1~1 mm/h (afecta la calidad del cristal y la eficiencia de producción).

Características principales:

(1) Calidad del cristal
Baja densidad de defectos: densidad de microtúbulos <1 cm⁻², densidad de dislocaciones 10³~10⁴ cm⁻² (a través de la optimización de semillas y el control del proceso).

Control del tipo policristalino: se puede cultivar 4H-SiC (principal), 6H-SiC, proporción de 4H-SiC >90% (es necesario controlar con precisión el gradiente de temperatura y la relación estequiométrica de la fase gaseosa).

(2) Rendimiento del equipo
Estabilidad a alta temperatura: temperatura del cuerpo calefactor de grafito >2500 ℃, el cuerpo del horno adopta un diseño de aislamiento multicapa (como fieltro de grafito + camisa refrigerada por agua).

Control de uniformidad: Las fluctuaciones de temperatura axiales/radiales de ±5 °C garantizan la consistencia del diámetro del cristal (desviación del espesor del sustrato de 6 pulgadas <5%).

Grado de automatización: Sistema de control PLC integrado, monitorización en tiempo real de temperatura, presión y tasa de crecimiento.

(3) Ventajas tecnológicas
Alta utilización de materiales: tasa de conversión de materia prima >70% (mejor que el método CVD).

Compatibilidad con gran tamaño: se ha logrado la producción en masa de 6 pulgadas, la de 8 pulgadas está en fase de desarrollo.

(4) Consumo y coste de energía
El consumo energético de un solo horno es de 300 a 800 kW·h, lo que representa entre el 40% y el 60% del coste de producción del sustrato de SiC.

La inversión en equipos es alta (1,5M a 3M por unidad), pero el coste unitario del sustrato es menor que el del método CVD.

Aplicaciones principales:

1. Electrónica de potencia: sustrato MOSFET de SiC para inversor de vehículo eléctrico e inversor fotovoltaico.

2. Dispositivos de RF: Sustrato epitaxial de GaN sobre SiC para estaciones base 5G (principalmente 4H-SiC).

3. Dispositivos para entornos extremos: sensores de alta temperatura y alta presión para equipos aeroespaciales y de energía nuclear.

Parámetros técnicos:

Especificación	Detalles
Dimensiones (L × A × H)	2500 × 2400 × 3456 mm o personalizado
Diámetro del crisol	900 mm
Presión de vacío máxima	6 × 10⁻⁴ Pa (después de 1,5 h de vacío)
Tasa de fuga	≤5 Pa/12h (horneado)
Diámetro del eje de rotación	50 mm
Velocidad de rotación	0,5–5 rpm
Método de calentamiento	Calefacción por resistencia eléctrica
Temperatura máxima del horno	2500 °C
Potencia de calefacción	40 kW × 2 × 20 kW
Medición de temperatura	pirómetro infrarrojo de doble color
Rango de temperatura	900–3000 °C
Precisión de la temperatura	±1°C
Rango de presión	1–700 mbar
Precisión del control de presión	1–10 mbar: ±0,5% FS; 10–100 mbar: ±0,5% FS; 100–700 mbar: ±0,5 % FS
Tipo de operación	Carga inferior, opciones de seguridad manuales/automáticas
Características opcionales	Medición de temperatura dual, múltiples zonas de calefacción

Servicios XKH:

XKH ofrece un servicio integral para hornos PVT de SiC, que incluye la personalización de equipos (diseño del campo térmico, control automático), el desarrollo de procesos (control de la forma del cristal, optimización de defectos), la capacitación técnica (operación y mantenimiento) y el soporte posventa (reemplazo de piezas de grafito, calibración del campo térmico) para ayudar a los clientes a lograr una producción masiva de cristales de SiC de alta calidad. También ofrecemos servicios de actualización de procesos para mejorar continuamente el rendimiento y la eficiencia del crecimiento de los cristales, con un plazo de entrega típico de 3 a 6 meses.