SiC epitaksial soba üçün istilik sahəsinin dizaynının optimallaşdırılması (isti divarlı CVD reaktoru)

Əsas məqsəd vafli səthinin temperaturu vahidliyinə (≤±0,5–5℃) və temperatur/axın sahəsinin sabitliyinə nail olmaq, bununla da epitaksial təbəqə qalınlığının vahidliyini (<3%), qatqı vahidliyini (<8%) yaxşılaşdırmaq, qüsur sıxlığını azaltmaq və böyümə sürətini artırmaqdır (>60 μm/saat).

SiC epitaksi prosesinin optimallaşdırılmasında son nailiyyətlər istilik idarəçiliyinə, çox parametrli optimallaşdırmaya, süni intellektlə dəstəklənən simulyasiyaya, qaz axınının tənzimlənməsinə və reaktor strukturunun təkmilləşdirilməsinə yönəlmişdir. Bu inkişaflar epitaksial təbəqənin vahidliyini, böyümənin səmərəliliyini, qüsurlara nəzarəti və böyük vafli sənaye miqyasını yaxşılaşdırmaq məqsədi daşıyır.

İzolyasiya materiallarının istilik keçiriciliyinin modelləşdirilməsi

Mühüm tədqiqat istiqamətlərindən biri epitaksi reaktorlarında istifadə olunan lifli qrafitin istilik keçiriciliyinin modelləşdirilməsidir. Qazın tərkibini, kameranın təzyiqini və iş temperaturunu nəzərə alaraq görünən istilik keçiriciliyini qiymətləndirmək üçün qabaqcıl analitik modellər hazırlanmışdır. Hidrogenlə zəngin daşıyıcı qaz şəraitində qaz fazalı istilik ötürülməsi üstünlük təşkil edən istilik ötürmə mexanizminə çevrilir. Tədqiqatlar göstərir ki, kamera təzyiqinin 100 mbar-dan 1,5 mbar-a qədər azaldılması tələb olunan istilik gücünü əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Bu modellər həmçinin müxtəlif reaktor bölgələrində temperatur paylanmasının daha dəqiq proqnozlaşdırılmasına imkan verir, hətta substratın temperaturu sabit qaldıqda belə, vafli zonadan kənarda temperatur dəyişikliyi nəticəsində yaranan çökmə qeyri-bərabərliyinin qarşısını almağa kömək edir.

FEM və Maşın Öyrənməsindən istifadə edərək Çox Məqsədli Parametrlərin Optimizasiyası

Digər böyük irəliləyiş sonlu elementlərin modelləşdirilməsini (FEM) çoxməqsədli optimallaşdırma üçün maşın öyrənmə alqoritmləri ilə birləşdirir. Əsas prosesin parametrlərinə ümumi qaz axını sürəti, böyümə temperaturu, kameranın təzyiqi, sensorun fırlanma sürəti və qaz paylama dizaynı daxildir. MOPSO, NSGA-II və SVM surroqat modelləri kimi optimallaşdırma yanaşmaları geniş şəkildə qəbul edilmişdir. Nəticələr göstərir ki, qalınlığın vahidliyi təxminən 30% yaxşılaşdırıla bilər, Pareto-ön optimallaşdırma isə eyni vaxtda həm yüksək artım tempinə, həm də aşağı dəyişmə əmsalına nail olur. Optimal proses pəncərələri adətən 1450–1500°C böyümə temperaturlarında, 80–100 mbar kamera təzyiqlərində, 60 rpm-dən yuxarı olan sensorun fırlanma sürətində və 5:16:5 kimi asimmetrik qaz giriş nisbətlərində tapılır.

Maşın Öyrənməsi ilə Birləşdirilmiş Transient Multifizika Simulyasiyası

Son tədqiqatlar həmçinin prosesin optimallaşdırılmasını sürətləndirmək üçün müvəqqəti CFD simulyasiyalarını maşın öyrənmə üsulları ilə birləşdirir. ACO-BPNN neyron şəbəkələri ilə birlikdə istilik-axın-kimyəvi birləşdirilmiş CFD modelləri çökmə temperaturunu, giriş qaz axınını, fırlanma sürətini və kamera təzyiqini optimallaşdırmaq üçün istifadə olunur. Eksperimental qiymətləndirmə, böyümə sürəti üçün yalnız 4,03% və vahidlik üçün 0,49% proqnozdan sapma ilə simulyasiya və praktiki nəticələr arasında əla uyğunluğu göstərir. Bu yanaşma inkişaf və optimallaşdırma dövrlərini əhəmiyyətli dərəcədə qısaldır və xüsusilə üfüqi isti divarlı CVD reaktorları üçün uyğundur.

Qaz axını və temperatur sahəsinin optimallaşdırılması

Qaz axınının və istilik sahəsinin paylanmasının optimallaşdırılması yüksək keyfiyyətli SiC epitaksisinin böyüməsi üçün kritik olaraq qalır. 100 slm H₂ axın sürəti, 20:60:20 (yan: mərkəz: yan), C/Si nisbəti 0,95, böyümə temperaturu 1610°C və həssas fırlanma daxil olmaqla, optimallaşdırılmış şəraitdə tədqiqatçılar yüksək sabit paralel axın sahəsinə və vahid temperatur paylanmasına nail oldular. Gofretin səthinin temperaturu gradienti cəmi 19,3°C-ə endirildi. Bundan əlavə, azotun dopinqinin vahidliyi 3,35-4,85% -ə çatdı, kristal qüsurları isə əhəmiyyətli dərəcədə azaldıldı, cəmi 28 qüsur, o cümlədən yalnız 8 üçbucaq qüsuru və 6 bazal müstəvi dislokasiyası (BPD).

Avadanlıq Strukturunun İterasiyası və Sənayeləşdirilməsi

2023 və 2026-cı illər arasında sənaye miqyaslı reaktor təkmilləşdirmələri əsasən şaquli split qaz vurma sistemlərinə, çox zonalı induksiya isitmələrinə, 6-12 düymlük vaflilər üçün həm tək vafli, həm də ikili vafli konfiqurasiyalara uyğunluğa və avtomatlaşdırılmış profilaktik baxım (PM) ilə qrafit komponentinin yenidən dizaynına yönəlmişdir. Bu struktur təkmilləşdirmələri 8 düymlük və 12 düymlük SiC epitaksi proseslərinə 3%-dən aşağı qalınlığın qeyri-bərabərliyinə və 8%-dən aşağı dopinq dəyişikliyinə nail olmağa imkan verdi. Bundan əlavə, hissəciklərin çirklənməsi təxminən 50% azalıb, texniki xidmətin dayandırılması müddəti 30% qısaldılıb və ikili vafli sistemlərdə temperatur dəyişikliyi ±5°C daxilində idarə olunub.

Üç Əsas Nəticə

1. Simulyasiya + Maşın Öyrənməsi İstilik Sahəsinin Optimizasiyası üçün Əsas Metod halına gəldi: Termo-maye-kimyəvi sahəni CFD/FEM vasitəsilə birləşdirərək və onu ACO-BPNN və ya MOPSO/NSGA-II ilə birləşdirərək, optimal Pareto parametrləri həftələr ərzində tapıla bilər (ənənəvi vahidlikdən daha çox qalınlıq və xəta ilə) 30% və eksperimental xərclərin azaldılması. Bu, 8-12 düymlük SiC-nin geniş miqyaslı epitaksial böyüməsi üçün vacib bir vasitədir.

2. Qaz Fazasının (H₂ Təzyiq/Tərkibi) İzolyasiya Keçicinin Daxilində Görünən İstilik Keçirməsinə Təsirinə Məhəl Olmamaq Mümkün deyil: Yüksək H₂ temperaturlarında qaz fazasının istilik ötürülməsi üstünlük təşkil edir və təzyiq/prekursor axını sürətindəki dəyişikliklər reaktorun ümumi temperatur paylanmasını dəyişəcək. Ən son analitik modellər yüksək səmərəliliyin, enerjiyə qənaətin və termal kaminlərdə vahidliyin əsasını təşkil edən dəqiq gücün proqnozlaşdırılmasına və qapalı dövrəli istilik sahəsinə nəzarətə nail olmaq üçün birbaşa CFD-yə daxil edilə bilər.

3. Daha böyük ölçülərə (8–12 düym) keçid struktur yenilikləri tələb edir: Yerli avadanlıq şaquli split hava qəbulu, çox zonalı temperaturun idarə edilməsi və qəbuledicinin optimallaşdırılması vasitəsilə vafli səthin temperaturu ≤ ±0,5℃ və ikili vafli temperatur fərqi ≤ 5℃ əldə etmişdir. Qalınlıq/dopinq vahidliyi xərclərin azaldılmasını və istehsal gücünün iki dəfə artırılmasını birbaşa dəstəkləyərək beynəlxalq aparıcı səviyyəyə çatmışdır. Horizontal hotwall + fırlanan sensor hələ də əsasdır və heç bir açıq mübahisə yoxdur.

Semicorex yüksək keyfiyyət təklif edirepitaksial prosesdə komponentlər. Hər hansı bir sualınız varsa və ya əlavə məlumatlara ehtiyacınız varsa, bizimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.

Əlaqə telefonu +86-13567891907

E-poçt: sales@semicorex.com