PVT法生長大尺寸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方法。生長過程中包括復(fù)雜的物理化學(xué)變化，很難精確控制系統(tǒng)的熱場。因此，要準(zhǔn)確了解生長系統(tǒng)中的溫度場來有效控制碳化硅晶體的生長，需要對生長過程熱分布規(guī)律研究。相對于實驗生長，數(shù)值模擬可以提供更多的信息，從而有利于改進(jìn)生長系統(tǒng)，優(yōu)化生長工藝。
　　本文對生長過程中溫度場和熱應(yīng)力問題進(jìn)行了研究。本文運用基

2、于有限元法的VR-PVT軟件對PVT法生長碳化硅的過程進(jìn)行了模擬。軟件集成了熱量和質(zhì)量傳輸，生長動力學(xué)，熱應(yīng)力和位錯模塊。
　　首先，計算了碳化硅生長過程中的溫度場，探討了籽晶溫度，軸向溫度梯度，壓力對生長速率的影響以及熱場的瞬態(tài)分布，同時分析了生長過程中的粉末演變以及對生長的影響；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應(yīng)力和位錯密度的影響；最后，討論了設(shè)備的尺寸因素對生長過程的影響，包括坩堝的壁厚、位

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