Termikus tér kialakításának optimalizálása SiC epitaxiális kemencében (forrófalú CVD reaktor)

A fő cél az ostya felületi hőmérsékleti egyenletességének (≤±0,5–5 ℃) és a hőmérséklet/áramlási tér stabilitásának elérése, ezáltal javítva az epitaxiális rétegvastagság egyenletességét (<3%), az adalékolás egyenletességét (<8%), csökkentve a hibasűrűséget és növelve a növekedési sebességet (>60 μm/h).

A SiC epitaxiás folyamatok optimalizálása terén a közelmúltban elért eredmények a hőkezelésre, a többparaméteres optimalizálásra, az AI által támogatott szimulációra, a gázáramlás szabályozására és a reaktorszerkezet frissítésére összpontosítottak. Ezek a fejlesztések az epitaxiális réteg egyenletességének, a növekedési hatékonyságnak, a hibakezelésnek és a nagy lapkák ipari méretezhetőségének javítását célozzák.

Szigetelőanyagok hővezető képességének modellezése

Az egyik fontos kutatási irány az epitaxiás reaktorokban használt szálas grafit filc hővezető képességének modellezése. Fejlett analitikai modelleket fejlesztettek ki a látszólagos hővezetőképesség értékelésére, figyelembe véve a gázösszetételt, a kamranyomást és az üzemi hőmérsékletet. Hidrogénben gazdag vivőgáz körülmények között a gázfázisú hőátadás válik a domináns hőátadási mechanizmussá. A vizsgálatok azt mutatják, hogy a kamranyomás 100 mbar-ról 1,5 mbar-ra való csökkentése jelentősen csökkenti a szükséges fűtőteljesítményt. Ezek a modellek lehetővé teszik a hőmérséklet-eloszlás pontosabb előrejelzését a reaktor különböző tartományaiban, segítve a lapka területén kívüli hőmérséklet-ingadozások által okozott lerakódások egyenetlenségét még akkor is, ha a szubsztrátum hőmérséklete állandó marad.

Többcélú paraméteroptimalizálás FEM és gépi tanulás segítségével

Egy másik jelentős áttörés a végeselemes modellezést (FEM) a gépi tanulási algoritmusokkal kombinálja a többcélú optimalizáláshoz. A fő folyamatparaméterek közé tartozik a teljes gázáramlási sebesség, a növekedési hőmérséklet, a kamra nyomása, a szuszceptor forgási sebessége és a gázelosztás tervezése. Az olyan optimalizálási megközelítéseket, mint a MOPSO, NSGA-II és SVM helyettesítő modellek széles körben elterjedtek. Az eredmények azt mutatják, hogy a vastagság egyenletessége körülbelül 30%-kal javítható, míg a Pareto-front optimalizálás egyszerre ér el magas növekedési rátát és alacsony variációs együtthatót. Az optimális folyamatablakok jellemzően 1450–1500°C növekedési hőmérsékleten, 80–100 mbar kamranyomáson, 60 ford./perc feletti szuszceptor forgási sebességnél és aszimmetrikus gázbemeneti arányoknál, például 5:16:5 mellett találhatók.

Tranziens multifizikai szimuláció gépi tanulással kombinálva

A legújabb tanulmányok tranziens CFD-szimulációkat is integrálnak gépi tanulási technikákkal a folyamatoptimalizálás felgyorsítása érdekében. A hőáram-kémiai csatolású CFD modelleket ACO-BPNN neurális hálózatokkal kombinálva a lerakódási hőmérséklet, a belépő gázáramlás, a forgási sebesség és a kamranyomás optimalizálására használják. A kísérleti validáció kiváló egyezést mutat a szimuláció és a gyakorlati eredmények között, az előrejelzési eltérés csak 4,03% a növekedési ütem és 0,49% az egyenletesség tekintetében. Ez a megközelítés jelentősen lerövidíti a fejlesztési és optimalizálási ciklusokat, és különösen alkalmas vízszintes melegfalú CVD reaktorokhoz.

Gázáramlás és hőmérséklet mező optimalizálása

A gázáramlás és a termikus téreloszlás optimalizálása továbbra is kritikus fontosságú a kiváló minőségű SiC epitaxia növekedéséhez. Optimalizált körülmények között, beleértve a 100 slm H₂ áramlási sebességet, 20:60:20 áramlásmegosztási arányt (oldal:közép:oldal), 0,95 C/Si arányt, 1610°C növekedési hőmérsékletet és szuszceptor forgását, a kutatók rendkívül stabil párhuzamos áramlási mezőt és egyenletes hőmérséklet-eloszlást értek el. Az ostya felületi hőmérsékleti gradiense csak 19,3 °C-ra csökkent. Ezenkívül a nitrogén adalékolás egyenletessége elérte a 3,35–4,85%-ot, míg a kristályhibák szignifikánsan csökkentek, összesen 28 defektusra, amelyből csak 8 háromszög defektus és 6 alapsík diszlokáció (BPD) volt.

Berendezés szerkezeti iteráció és iparosítás

Az ipari méretű reaktorok 2023 és 2026 közötti korszerűsítései főként a függőleges osztott gázbefecskendező rendszerekre, a többzónás indukciós fűtésre, a 6–12 hüvelykes lapkák egy- és kétlapos konfigurációival való kompatibilitásra, valamint az automatizált megelőző karbantartással (PM) rendelkező grafitkomponensek újratervezésére összpontosítanak. Ezek a szerkezeti fejlesztések lehetővé tették, hogy a 8 hüvelykes és 12 hüvelykes SiC epitaxiás eljárások 3% alatti vastagság-egyenetlenséget és 8% alatti adalékolási eltérést érjenek el. Ezenkívül a részecskék szennyezettsége körülbelül 50%-kal, a karbantartási állásidő 30%-kal csökkent, és a hőmérséklet-ingadozás ±5°C-on belül szabályozható a kettős lapátos rendszerekben.

Három kulcsfontosságú következtetés

1. A szimuláció + gépi tanulás a hőmező optimalizálásának fő módszere: A termo-folyadék-kémiai mező CFD/FEM-en keresztül történő összekapcsolásával, és az ACO-BPNN-nel vagy MOPSO/NSGA-II-vel kombinálva heteken belül megtalálhatók az optimális Pareto-paraméterek (nem pedig a hagyományos próba/kísérleti módszerrel jelentősen javítva a vastagságot és százalékosan3). költségeket. Ez elengedhetetlen eszköz a 8–12 hüvelykes SiC nagyszabású epitaxiális növekedéséhez.

2. A szigetelő filc belsejében lévő gázfázis (H₂ nyomás/összetétel) hatása a látszólagos hővezetőképességre nem hagyható figyelmen kívül: Magas H2 hőmérsékleten a gázfázisú hőátadás a domináns, és a nyomás/prekurzor áramlási sebességének változásai megváltoztatják a reaktor általános hőmérséklet-eloszlását. A legújabb analitikai modellek közvetlenül beágyazhatók a CFD-be, hogy pontos teljesítmény-előrejelzést és zárt hurkú termikus térszabályozást érjenek el, ami a magas hatásfok, az energiatakarékosság és az egyenletesség alapja a termikus kandallókban.

3. A nagyobb méretekre (8–12 hüvelyk) való áttérés szerkezeti innovációt igényel: A háztartási berendezések ≤ ±0,5 ℃ lapkafelületi hőmérsékletet és ≤ 5 ℃ kettős lapka hőmérséklet-különbséget értek el a függőleges osztott levegőbemenet, a többzónás hőmérsékletszabályozás és a szuszceptor optimalizálása révén. A vastagság/dopping egységesség elérte a nemzetközi vezető szintet, közvetlenül támogatja a költségcsökkentést és a termelési kapacitás megkétszerezését. A vízszintes hotfal + forgó szuszceptor továbbra is a fősodor, és nincs nyilvánvaló vita.

A Semicorex kiváló minőséget kínálkomponensek az epitaxiális folyamatban. Ha kérdése van, vagy további részletekre van szüksége, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk.

Telefonszám: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com