SiC эпитаксиалды пеші үшін жылу өрісінің дизайнын оңтайландыру (ыстық қабырғалы CVD реакторы)

Негізгі мақсат пластинаның бетінің температурасының біркелкілігіне (≤±0,5–5℃) және температура/ағын өрісінің тұрақтылығына қол жеткізу, осылайша эпитаксиалды қабат қалыңдығының біркелкілігін (<3%), қоспалау біркелкілігін (<8%) жақсарту, ақау тығыздығын азайту және өсу жылдамдығын арттыру (>60 мкм/сағ).

SiC эпитаксия процесін оңтайландырудағы соңғы жетістіктер жылуды басқаруға, көп параметрді оңтайландыруға, AI көмегімен модельдеуге, газ ағынын реттеуге және реактор құрылымын жаңартуға бағытталған. Бұл әзірлемелер эпитаксиалды қабаттың біркелкілігін, өсу тиімділігін, ақауларды бақылауды және үлкен вафельді өнеркәсіптік масштабтауды жақсартуға бағытталған.

Оқшаулағыш материалдардың жылу өткізгіштігін модельдеу

Маңызды ғылыми бағыттардың бірі эпитаксистік реакторларда қолданылатын талшықты графит киізінің жылу өткізгіштігін модельдеу болып табылады. Газ құрамын, камераның қысымын және жұмыс температурасын ескере отырып, көрінетін жылу өткізгіштігін бағалау үшін жетілдірілген аналитикалық модельдер әзірленді. Сутегіге бай тасымалдаушы газ жағдайында газ фазалық жылу алмасу басым жылу беру механизміне айналады. Зерттеулер көрсеткендей, камераның қысымын 100 мбардан 1,5 мбарға дейін төмендету қажетті қыздыру қуатын айтарлықтай төмендетеді. Бұл модельдер сонымен қатар реактордың әртүрлі аймақтары бойынша температураның таралуын дәлірек болжауға мүмкіндік береді, тіпті субстрат температурасы тұрақты болып қалса да, пластинаның сыртындағы температура ауытқуларынан туындаған тұндыру біркелкі еместігін болдырмауға көмектеседі.

FEM және Machine Learning көмегімен көп мақсатты параметрді оңтайландыру

Тағы бір маңызды жетістік соңғы элементтерді модельдеуді (FEM) көп мақсатты оңтайландыру үшін машиналық оқыту алгоритмдерімен біріктіреді. Процестің негізгі параметрлері жалпы газ ағынының жылдамдығын, өсу температурасын, камераның қысымын, сенсордың айналу жылдамдығын және газ тарату дизайнын қамтиды. MOPSO, NSGA-II және SVM суррогат үлгілері сияқты оңтайландыру тәсілдері кеңінен қолданылды. Нәтижелер қалыңдықтың біркелкілігін шамамен 30%-ға жақсартуға болатындығын көрсетеді, бұл ретте Парето-алдыңғы оңтайландыру бір уақытта жоғары өсу қарқынына және төмен вариация коэффициентіне қол жеткізеді. Оңтайлы технологиялық терезелер әдетте 1450–1500°C өсу температурасында, 80–100 мбар камера қысымында, 60 айн/мин жоғары қабылдағыштың айналу жылдамдығында және 5:16:5 сияқты асимметриялық газ кірісінің қатынасында болады.

Машиналық оқытумен біріктірілген өтпелі мультифизикалық модельдеу

Соңғы зерттеулер сонымен қатар процессті оңтайландыруды жеделдету үшін өтпелі CFD модельдеулерін машиналық оқыту әдістерімен біріктіреді. ACO-BPNN нейрондық желілерімен біріктірілген жылу-ағынды-химиялық біріктірілген CFD үлгілері тұндыру температурасын, кіріс газ ағынын, айналу жылдамдығын және камера қысымын оңтайландыру үшін пайдаланылады. Эксперименттік валидация модельдеу мен практикалық нәтижелер арасындағы тамаша келісімді көрсетеді, болжау ауытқулары өсу қарқыны үшін тек 4,03% және біркелкілік үшін 0,49%. Бұл тәсіл әзірлеу және оңтайландыру циклдерін айтарлықтай қысқартады және әсіресе көлденең ыстық қабырғалы CVD реакторлары үшін қолайлы.

Газ ағыны мен температура өрісін оңтайландыру

Газ ағыны мен жылу өрісінің таралуын оңтайландыру SiC эпитаксисінің жоғары сапалы өсуі үшін маңызды болып қала береді. Оңтайландырылған жағдайларда, соның ішінде H₂ ағынының жылдамдығы 100 см, ағынның бөліну коэффициенті 20:60:20 (жүйір:орталық:жүйір), C/Si арақатынасы 0,95, өсу температурасы 1610°C және суссептордың айналуы, зерттеушілер жоғары тұрақты параллельді ағын өрісіне және температураның біркелкі таралуына қол жеткізді. Вафли бетіндегі температура градиенті тек 19,3°C-қа дейін төмендеді. Сонымен қатар, азот қоспасының біркелкілігі 3,35–4,85%-ға жетті, бұл ретте кристалдық ақаулар 28 жалпы ақауға дейін айтарлықтай төмендеді, оның ішінде тек 8 үшбұрышты ақаулар және 6 базальды жазықтық дислокациялары (BPD).

Жабдық құрылымын итерациялау және индустрияландыру

2023 және 2026 жылдар аралығындағы өнеркәсіптік масштабтағы реакторларды жаңарту негізінен тік бөлінген газ айдау жүйелеріне, көп аймақты индукциялық жылытуға, 6–12 дюймдік пластиналар үшін бір пластиналы және қос пластиналы конфигурациялармен үйлесімділікке және автоматтандырылған профилактикалық қызмет көрсетумен (PM) графит құрамдас бөлігін қайта құруға бағытталған. Бұл құрылымдық жақсартулар 8-дюймдік және 12-дюймдік SiC эпитаксистік процестеріне қалыңдықтың 3% -дан төмен біркелкі еместігіне және 8% -дан төмен қоспалау вариациясына қол жеткізуге мүмкіндік берді. Сонымен қатар, бөлшектердің ластануы шамамен 50%-ға азайды, техникалық қызмет көрсетудің тоқтап қалу уақыты 30%-ға қысқарды және қос пластиналы жүйелерде температура ауытқуы ±5°C шегінде бақыланады.

Үш негізгі қорытынды

1. Модельдеу + Машиналық оқыту жылу өрісін оңтайландырудың негізгі әдісіне айналды: термо-сұйықтық-химиялық өрісті CFD/FEM арқылы біріктіру және оны ACO-BPNN немесе MOPSO/NSGA-II біріктіру арқылы оңтайлы Парето параметрлерін апта ішінде табуға болады (дәстүрлі түрде біркелкі қалыңдығынан гөрі) 30% және эксперименттік шығындарды азайту. Бұл 8–12 дюймдік SiC ауқымды эпитаксиалды өсу үшін маңызды құрал.

2. Оқшаулау киізінің ішіндегі газ фазасының (H₂ қысымы/құрамы) көрінетін жылуөткізгіштікке әсерін елемеуге болмайды: жоғары H₂ температураларда газ фазасының жылу алмасуы басым болады және қысым/прекурсор ағынының жылдамдығының өзгеруі реактордың жалпы температуралық таралуын өзгертеді. Ең соңғы аналитикалық модельдерді дәл қуатты болжау және жылулық каминдердегі жоғары тиімділіктің, энергияны үнемдеудің және біркелкіліктің өзегі болып табылатын жабық циклдегі жылу өрісін басқаруға қол жеткізу үшін CFD-ге тікелей кірістіруге болады.

3. Үлкен өлшемдерге (8–12 дюйм) көшу құрылымдық инновацияны қажет етеді: Тұрмыстық жабдық тік бөлінген ауа қабылдауы, көп аймақтық температураны бақылау және қабылдағышты оңтайландыру арқылы пластинаның бетінің температурасына ≤ ±0,5℃ және қос пластинаның температура айырмашылығы ≤ 5℃ жетті. Қалыңдығы/допинг біркелкілігі халықаралық жетекші деңгейге жетті, бұл шығындарды азайтуға және өндірістік қуатты екі есеге арттыруға тікелей қолдау көрсетті. Көлденең ыстық қабырға + айналмалы сенсор әлі де негізгі ағым болып табылады және айқын дау жоқ.

Semicorex жоғары сапаны ұсынадыэпитаксиалды процестің компоненттері. Егер сізде қандай да бір сұрақтар болса немесе қосымша мәліметтер қажет болса, бізбен байланысудан тартынбаңыз.

Байланыс телефоны +86-13567891907

Электрондық пошта: sales@semicorex.com