大尺寸SiC單晶生長(zhǎng)爐溫場(chǎng)分布的研究.pdf

1、SiC晶體作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的一個(gè)重要成員，有著非常出色的物理和電學(xué)特性，非常適合用于高頻、大功率、抗輻射、耐腐蝕、耐高溫等應(yīng)用場(chǎng)合，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。目前普遍采用PVT法進(jìn)行SiC晶體的生長(zhǎng)。由于PVT法SiC晶體生長(zhǎng)是在一個(gè)全封閉的坩堝生長(zhǎng)腔體中進(jìn)行的，其生長(zhǎng)溫度超過2000℃，在這樣的高溫條件下，無法對(duì)SiC晶體生長(zhǎng)的過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的直接觀測(cè)。采用通過“嘗試錯(cuò)誤”的方法來不斷摸索晶體生長(zhǎng)規(guī)律、積累晶體生長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)，會(huì)導(dǎo)致實(shí)

2、驗(yàn)量巨大，且實(shí)驗(yàn)耗時(shí)過長(zhǎng)、成本也居高不下。因此，建立相應(yīng)的SiC晶體生長(zhǎng)模型，應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算模擬技術(shù)開展數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，用來指導(dǎo)PVT法SiC晶體的生長(zhǎng)，成為了不可或缺的技術(shù)手段。
　　對(duì)于PVT法SiC晶體生長(zhǎng)來說，最值得關(guān)注的兩個(gè)參數(shù)無疑是溫度和溫度梯度，它們對(duì)爐內(nèi)SiC分解升華的氣相成分的密度和輸運(yùn)方向起著關(guān)鍵作用，也影響著晶體的生長(zhǎng)形貌和生長(zhǎng)速率的大小。因此，溫場(chǎng)的分布影響著SiC晶體的高質(zhì)量生長(zhǎng)。
　　本文簡(jiǎn)要介紹了S

3、iC晶體的特性、應(yīng)用領(lǐng)域以及生長(zhǎng)方法，簡(jiǎn)要介紹了SiC晶體的國(guó)內(nèi)外發(fā)展以及研究現(xiàn)狀，給出了SiC單晶生長(zhǎng)爐溫場(chǎng)分布的相關(guān)理論知識(shí)。本文的研究工作如下所述:
　　1、運(yùn)用有限元分析軟件對(duì)6英寸SiC單晶生長(zhǎng)爐的半切面進(jìn)行建模，并將幾何模型離散成為有限元模型，設(shè)定了適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件。
　　2、研究了電流對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)熱分布和產(chǎn)熱速率的影響，發(fā)現(xiàn)增大電流強(qiáng)度可以在不影響設(shè)備中各部位相對(duì)產(chǎn)熱分布的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的生熱速率;而增加電流頻率則會(huì)

4、同時(shí)影響各部位產(chǎn)熱分布和產(chǎn)熱速率，而且也要考慮到電流頻率增加帶來的隔熱材料產(chǎn)熱增大的能量浪費(fèi)問題。
　　3、仿真分析了生長(zhǎng)爐在恒定電流加熱模式下系統(tǒng)內(nèi)的升溫過程，發(fā)現(xiàn)恒定的180A、10kHz電流適用于本設(shè)備，能夠產(chǎn)生滿足晶體生長(zhǎng)要求的溫度場(chǎng)，仿真給出了生長(zhǎng)爐各部位升溫曲線。同時(shí)仿真得到了在該電流模式下生長(zhǎng)爐的軸向溫度梯度和徑向溫度梯度，分別為7℃/cm和2℃/cm，符合預(yù)期。
　　4、研究了線圈與石墨坩堝的相對(duì)位置對(duì)生長(zhǎng)爐

5、內(nèi)溫場(chǎng)分布的影響，發(fā)現(xiàn)線圈位置的改變會(huì)影響生長(zhǎng)爐中溫場(chǎng)的分布，但對(duì)生長(zhǎng)腔能達(dá)到的最高溫度沒有影響。研究給出了線圈與石墨坩堝相對(duì)位置對(duì)溫場(chǎng)分布的關(guān)系曲線。
　　5、設(shè)計(jì)了一個(gè)用于調(diào)整生長(zhǎng)爐內(nèi)溫場(chǎng)分布的感應(yīng)加熱線圈升降的高可靠控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶設(shè)定的運(yùn)行速度和距離運(yùn)行，精確地控制線圈的升降;同時(shí)，設(shè)計(jì)了UI界面用以實(shí)時(shí)交互顯示當(dāng)前升降狀態(tài);通過光電耦合隔離和限位檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性;測(cè)試表明該控制系統(tǒng)能表現(xiàn)