PVT法生長(zhǎng)大尺寸SiC晶體的數(shù)值模擬.pdf

1、碳化硅是寬帶隙半導(dǎo)體材料的典型代表，是制造高電壓，高溫度，高電流密度等極端條件下使用的器件的優(yōu)良材料。PVT法是目前廣泛使用的單晶生長(zhǎng)方法。生長(zhǎng)過(guò)程中包括復(fù)雜的物理化學(xué)變化，很難精確控制系統(tǒng)的熱場(chǎng)。因此，要準(zhǔn)確了解生長(zhǎng)系統(tǒng)中的溫度場(chǎng)來(lái)有效控制碳化硅晶體的生長(zhǎng)，需要對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程熱分布規(guī)律研究。相對(duì)于實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)，數(shù)值模擬可以提供更多的信息，從而有利于改進(jìn)生長(zhǎng)系統(tǒng)，優(yōu)化生長(zhǎng)工藝。
　　本文對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程中溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文運(yùn)用基

2、于有限元法的VR-PVT軟件對(duì)PVT法生長(zhǎng)碳化硅的過(guò)程進(jìn)行了模擬。軟件集成了熱量和質(zhì)量傳輸，生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，熱應(yīng)力和位錯(cuò)模塊。
　　首先，計(jì)算了碳化硅生長(zhǎng)過(guò)程中的溫度場(chǎng)，探討了籽晶溫度，軸向溫度梯度，壓力對(duì)生長(zhǎng)速率的影響以及熱場(chǎng)的瞬態(tài)分布，同時(shí)分析了生長(zhǎng)過(guò)程中的粉末演變以及對(duì)生長(zhǎng)的影響；其次，研究了碳化硅晶體中的熱應(yīng)力分布規(guī)律，探討了不同籽晶安裝方式對(duì)應(yīng)力和位錯(cuò)密度的影響；最后，討論了設(shè)備的尺寸因素對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程的影響，包括坩堝的壁厚、位

3、置以及絕熱層上部開(kāi)孔的大小等。
　　結(jié)果表明：生長(zhǎng)腔中的溫度分布不均勻，生長(zhǎng)速率隨籽晶溫度和溫度梯度的提高而提高，隨生長(zhǎng)腔壓力的提高而降低。隨著生長(zhǎng)的進(jìn)行，生長(zhǎng)速率逐漸減緩，靠近坩堝壁的粉料升華，粉料表面發(fā)生再結(jié)晶。不同的籽晶安裝方式，生長(zhǎng)的晶體中的熱應(yīng)力不同，導(dǎo)致位錯(cuò)密度不同。因此要選擇合適的安裝方式，來(lái)減少應(yīng)力。同時(shí)，當(dāng)坩堝壁厚度大于2 mm時(shí)，隨厚度的增加籽晶表面溫度降低，晶體生長(zhǎng)速率反而有所提高。不同的坩堝位置會(huì)帶來(lái)不同的