SiC labe epitaxialerako eremu termikoaren diseinuaren optimizazioa (horma beroko CVD erreaktorea)

Obleen gainazaleko tenperaturaren uniformetasuna (≤±0,5-5 ℃) eta tenperatura/fluxuaren eremuaren egonkortasuna lortzea da oinarrizko helburua, horrela geruza epitaxialaren lodieraren uniformetasuna (<% 3), dopinaren uniformetasuna (<% 8) hobetzea, akatsen dentsitatea murriztea eta hazkunde-tasa (>60 μm/h) areagotzea.

SiC epitaxia prozesuen optimizazioan azken aurrerapenak kudeaketa termikoan, parametro anitzeko optimizazioan, AI-k lagundutako simulazioan, gas-fluxuaren erregulazioan eta erreaktoreen egituraren hobekuntzan zentratu dira. Garapen hauek geruza epitaxialaren uniformetasuna, hazkundearen eraginkortasuna, akatsen kontrola eta ostia handien eskalagarritasun industriala hobetzea dute helburu.

Isolamendu-materialen eroankortasun termikoaren modelizazioa

Ikerketaren norabide garrantzitsu bat epitaxi-erreaktoreetan erabiltzen den grafito zuntzezko feltroaren eroankortasun termikoaren modelizazioa da. Eredu analitiko aurreratuak garatu dira itxurazko eroankortasun termikoa ebaluatzeko, gasaren konposizioa, ganberaren presioa eta funtzionamendu-tenperatura kontuan hartuta. Hidrogenoan aberatsak diren gas eramaileetan, gas faseko bero-transferentzia bihurtzen da bero-transferentzia-mekanismo nagusi. Ikerketek erakusten dute ganberaren presioa 100 mbar-tik 1,5 mbar-ra murrizteak behar den berokuntza-potentzia nabarmen gutxitzen duela. Eredu hauek erreaktore-eskualde ezberdinetan tenperatura-banaketaren iragarpen zehatzagoa ahalbidetzen dute, obleen eremutik kanpoko tenperatura-aldaketek eragindako deposizio-uniformitatea saihesten laguntzen baitute, substratuaren tenperatura konstante egon arren.

Helburu anitzeko parametroen optimizazioa FEM eta Machine Learning erabiliz

Beste aurrerapen handi batek elementu finituen modelizazioa (FEM) makina ikaskuntza algoritmoekin uztartzen du helburu anitzeko optimizaziorako. Prozesuaren parametro nagusien artean gas-emari osoa, hazkunde-tenperatura, ganberaren presioa, suszeptoreen biraketa-abiadura eta gas-banaketaren diseinua daude. MOPSO, NSGA-II eta SVM ordezko ereduak bezalako optimizazio-ikuspegiak asko onartu dira. Emaitzek frogatzen dute lodieraren uniformetasuna gutxi gorabehera % 30 hobetu daitekeela, eta Pareto-front optimizazioak hazkunde-tasa handiak eta aldakuntza-koefiziente baxua lortzen ditu aldi berean. Prozesu-leiho optimoak normalean 1450-1500 °C-ko hazkuntza-tenperaturan, 80-100 mbar-eko ganberaren presioetan, suszeptoreen biraketa-abiadura 60 rpm-tik gorakoak eta gasaren sarrera-erlazio asimetrikoak, esate baterako, 5:16:5.

Simulazio multifisiko iragankorra Ikaskuntza automatikoarekin konbinatuta

Azken ikerketek CFD simulazio iragankorrak ikaskuntza automatikoko teknikekin ere integratzen dituzte prozesuen optimizazioa azkartzeko. ACO-BPNN sare neuronalekin konbinatutako CFD termo-fluxu-kimiko akoplatuak deposizio-tenperatura, sarrerako gas-fluxua, biraketa-abiadura eta ganberaren presioa optimizatzeko erabiltzen dira. Balioztatze esperimentalak simulazioaren eta emaitza praktikoen arteko adostasun bikaina erakusten du, iragarpen-desbideraketak % 4,03ko hazkunde-tasa eta % 0,49ko uniformetasunerako soilik. Planteamendu honek garapen eta optimizazio zikloak nabarmen laburtzen ditu eta bereziki egokia da horma beroko CVD erreaktore horizontaletarako.

Gas-emaria eta Tenperatura Eremuaren Optimizazioa

Gas-fluxuaren eta eremu termikoaren banaketaren optimizazioa funtsezkoa izaten jarraitzen du kalitate handiko SiC epitaxia hazteko. Baldintza optimizatuetan, 100 slm-ko H₂-ko emaria, 20:60:20-ko fluxuaren zatiketa erlazioa (alboa: erdigunea: aldea), 0,95 C/Si erlazioa, 1610 °C-ko hazkuntza-tenperatura eta suszeptoreen biraketa barne, ikertzaileek fluxu paralelo-eremu oso egonkorra eta tenperatura banaketa uniformea ​​lortu zuten. Obleen gainazaleko tenperatura-gradientea 19,3 °C-ra bakarrik murriztu zen. Horrez gain, nitrogenoaren dopinaren uniformetasuna % 3,35-4,85era iritsi zen, eta kristalen akatsak nabarmen murriztu ziren guztira 28 akatsetara, 8 akats triangeluar eta 6 plano basal dislokazio (BPD) soilik barne.

Ekipoen Egituraren Iterazioa eta Industrializazioa

2023 eta 2026 artean industria-eskalako erreaktoreen eguneratzeak, batez ere, zatitutako gasaren injekzio-sistemetan, zona anitzeko indukzio-berokuntzan, 6-12 hazbeteko obleietarako ostia bakarreko eta bikoitzeko konfigurazioekin bateragarritasuna eta grafito-osagaien birdiseinua prebentzio-mantenimendu automatizatuarekin (PM). Egiturazko hobekuntza hauek 8 hazbeteko eta 12 hazbeteko SiC epitaxia-prozesuak ahalbidetu dituzte lodiera ez-uniformitatea % 3tik beherako eta dopinaren aldakuntza % 8tik beherakoa lortzeko. Gainera, partikulen kutsadura gutxi gorabehera % 50 murriztu da, mantentze-lanak % 30 laburtu dira eta tenperatura-aldakuntza ± 5 °C barruan kontrolatu da ostia bikoitzeko sistemetan.

Hiru Ondorio Funtsezkoak

1. Simulazioa + Makina Ikaskuntza Eremu Termikoen Optimizaziorako Metodo Nagusia bihurtu da: Eremu termo-fluido-kimikoa CFD/FEM bidez uztartuz eta ACO-BPNN edo MOPSO/NSGA-II-rekin konbinatuz, Pareto-parametro optimoak aste barru aurki daitezke (saiakera eta errore tradizionalak baino), lodiera esperimentala nabarmen hobetuz eta kostua esperimentala %/ gehiago murriztuz. Hau ezinbesteko tresna da 8-12 hazbeteko SiC-ren epitaxiaren hazkunderako.

2. Gas-fasearen eragina (H₂ presioa/konposizioa) isolamenduaren barnean sentitzen den eroankortasun termikoan ezin da alde batera utzi: H₂ tenperatura altuetan, gas-fasearen bero-transferentzia da nagusi, eta presio/aitzindari emari-abiadura aldaketek erreaktorearen tenperatura-banaketa orokorra aldatuko dute. Azken eredu analitikoak CFD-n zuzenean txertatu daitezke potentzia iragarpen zehatza eta begizta itxiko eremu termikoaren kontrola lortzeko, hau da, tximinia termikoen eraginkortasun handiko, energia aurrezteko eta uniformetasunaren muina.

3. Tamaina handiagoetara (8-12 hazbeteko) trantsizioak egitura-berrikuntza eskatzen du: etxeko ekipamenduek obleen gainazaleko tenperatura ≤ ± 0,5 ℃ eta obleen tenperatura-aldea ≤ 5 ℃ bikoitzeko tenperatura lortu dute, zatitutako airearen sarrera bertikalaren bidez, zona anitzeko tenperatura kontrolatzeko eta suszeptoreen optimizazioaren bidez. Lodiera/dopinaren uniformetasuna nazioarteko maila nagusira iritsi da, kostuen murrizketa eta ekoizpen-ahalmena bikoiztea zuzenean lagunduz. Hotwall horizontala + susceptor birakaria oraindik nagusiena da eta ez dago polemika nabaririk.

Semicorex-ek kalitate handikoa eskaintzen duprozesu epitaxialeko osagaiak. Kontsultarik baduzu edo xehetasun gehiago behar badituzu, ez izan zalantzarik eta jarri gurekin harremanetan.

Harremanetarako telefono zenbakia +86-13567891907

Posta elektronikoa: sales@semicorex.com