16.12.2017 
  

В связи с обновлением программного обеспечения сайт находится на реконструкции (некоторые страницы и сервисы могут быть недоступны)

1. Разработка оборудования и технологии выращивания объемных монокристаллов  карбида кремния для создания приборов силовой электроники (Совместная разработка ИФТТ РАН и ФГУП ЭЗАН) .

1.1. Разработана конструкторская документация и изготовлен опытный образец  (Рис. 1) автоматизированной установки для выращивания объемных монокристаллов карбида кремния.  В установке предусмотрен индукционный нагрев с использованием генератора (IGBT) с частотой 5-20 кГц и мощностью 100 квт. Максимальный диаметр кристаллов 100 мм.

SiCturnOn
Микропайпы – менее 30 см-2

Рис. 1 Общий вид установки для выращивания монокристаллов SiC и выращенные  кристаллы  диаметром 50 мм, 75 мм и 100 мм.

Технические характеристики установки

Максимальный диаметр кристалла  до

100 мм

Максимальная температура сублимации до

2600 °С

Диаметр тигля для шихты (в зависимости
от диаметра выращиваемого кристалла)  до


110 мм

Внутренний диаметр кварцевого реактора

210 мм

Внутренний диаметр индуктора

270 мм

Выходная максимальная мощность ВЧ генератора  до

100 кВт

Частота генератора

5-20 кГц

Тип генератора транзисторный (IGBT), водяного охлаждения

 

Коэффициент полезного действия генератора

95%

Допустимое отклонение выходной мощности
преобразователя частоты от установленной


± 0,05%

Скорость вращения нижнего штока

1-30 об/мин

Рабочая скорость перемещения нижнего штока

0.1-1 мм/час

Рабочий ход нижнего штока

150 мм

Предельное давление инертного газа в камере не более

1,1х105 Па

Предельный форвакуум в реакторе
при выключенном индукторе не более


2,6 Па

Предельный вакуум в реакторе
при выключенном индукторе не более


10-3 Па

Количество линий подачи технологических газов не менее

2-х

Потребляемая мощность установки
(без генератора) не более


3 Квт

Давление охлаждающей воды от

200 кПа до 250 кПа

Расход охлаждающей воды не более

3 м3/час

1.2. Разработана базовая технология выращивания монокристаллов карбида кремния политипов 4Н и 6Н диаметром 75 мм и толщиной до 20 мм, включая следующие этапы технологического процесса:
а) Построены изобарное сечение диаграммы Si – C и изотермический разрез тройной системы Si – C – Ar.
б) Исследовано влияние гранулометрического состава исходных порошков карбида кремния на процесс кристаллизации.
в) Отработан процесс синтеза шихты карбида кремния из исходных компонентов Si (кристаллический ) и С (порошок). Si использовался чистотой 99.99%, С – предварительно проходил галоидную очистку при T=2400K .
г) Показана возможность галоидной очистки ряда материалов ростовой зоны и исходной шихты карбида кремния. Концентрации примесей в исходных образцах и образцах, подвергнутых высокотемпературной галоидной обработке, для одного из типичных экспериментов представлены в таблице.

Таблица: Концентрация примесей выражена в единицах ppm по весу

 

Al

B

Cu

Fe

Mg

Mn

Ti

Ca

Ni

V

1

0.6

0.3

0.04

1

0.3

0.06

8

500

No

2

1#

0.06

0.01

0.04

0.01

0.5

0.05

0.05

2

No

0.05

2

0.2

0.2

0.01

0.3

0.5

0.07

6

12

No

5

2#

0.06

0.05

0.01

0.03

0.3

0.06

0.05

1

No

0.05

3

50

2

12

28

56

2

1

470

No

0.05

3#

0.1

0.1

0.05

0.06

1

0.06

0.05

4

No

0.05

4

3

3

1

30

63

0.09

0.5

10

No

0.6

4#

0.06

0.03

0.05

0.1

2

0.09

0.05

3

No

0.05

5

20

2

3

50

2

3

7

10

29

6

5#

7

0.1

0.05

0.06

0.01

0.05

0.02

0.1

0.06

0.01

 № – исходный материал,  №# - обработанный материал
1 – графит марки МПГ-6
2 – графит марки G-347 (плотность 1.85 г/см3 )
3 – графитовая тепловая изоляция марки НУГМ
4 – Углеродная тепловая изоляция марки УТП-200
5 – технический карбид кремния, размер зерна 120 микрон
Полученные результаты показывают, что галоидная очистка существенно улучшает качество исходных материалов.

д) в процессе отработки режимов роста кристаллов получены следующие результаты:
- Установлена связь дефектной структуры кристаллов SiC с величиной скорости роста;
- выявлено влияние формы фронта кристаллизации на дефектность кристалла;
- показано, что возможно образование микротрубок, инициированное кластерами металлов, и  предложен механизм роста этих дефектов;
- впервые обнаружен рост углеродных нанокластеров внутри микротрубок при выращивании монокристаллов SiC в условиях, близких к равновесным (Рис. 2). Показано, что кластеры содержат две фазы углерода – графит и алмаз. Сделано предположение, что образование алмазной фазы произошло по механизму эпитаксиального зарождения на подложке 6Н-SiC.

Рисунок1

Рис.  2  СЭМ изображения углеродных нанокластеров, выросших из внутреннего объема микротрубок: а) общий вид микротрубок с С- нанокластерами на сингулярной грани (0001)6H-SiC; b-d) С- кластеры с различными гранными формами.

Контакты

Контакты

Телефон:
8(496) 52 219-82
+7 906 095 4402

Факс:
+7(496) 522 8160
8(496) 522 8160

Почтовый адрес:
ИФТТ РАН, Черноголовка, Московская обл., ул.Академика Осипьяна д.2, 142432, Россия

E-mail:
Вебмастер
Ученый секретарь

WWW:
www.issp.ac.ru