Оптимизација на дизајнот на термичко поле за SiC епитаксијална печка (CVD реактор со топол ѕид)

Основната цел е да се постигне униформност на температурата на површината на обландата (≤±0,5-5℃) и стабилност на полето за температура/проток, со што ќе се подобри униформноста на дебелината на епитаксијалниот слој (<3%), униформноста на допингот (<8%), намалување на густината на дефектот и зголемување на стапката на раст (>60 μm/h).

Неодамнешниот напредок во оптимизацијата на процесот на епитаксијата на SiC се фокусираше на термичко управување, оптимизација со повеќе параметри, симулација со помош на вештачка интелигенција, регулација на протокот на гас и надградби на структурата на реакторот. Овие случувања имаат за цел да ја подобрат униформноста на епитаксијалниот слој, ефикасноста на растот, контролата на дефектите и индустриската приспособливост на големи обланди.

Моделирање на топлинска спроводливост на материјали за изолација

Една важна истражувачка насока е моделирањето на топлинска спроводливост на фиброзниот графитен филц кој се користи во епитаксичните реактори. Развиени се напредни аналитички модели за да се процени привидната топлинска спроводливост додека се зема предвид составот на гасот, притисокот во комората и работната температура. Во услови на носечки гас богати со водород, преносот на топлина во гасната фаза станува доминантен механизам за пренос на топлина. Истражувањата покажуваат дека намалувањето на притисокот во комората од 100 mbar на 1,5 mbar значително ја намалува потребната грејна моќност. Овие модели исто така овозможуваат попрецизно предвидување на распределбата на температурата низ различни региони на реакторот, помагајќи да се спречи нерамномерноста на таложење предизвикана од температурните варијации надвор од областа на обландата дури и кога температурата на подлогата останува константна.

Оптимизација на параметри со повеќе цели со користење на FEM и машинско учење

Друго големо откритие го комбинира моделирањето на конечни елементи (FEM) со алгоритми за машинско учење за оптимизација со повеќе цели. Клучните параметри на процесот вклучуваат вкупна стапка на проток на гас, температура на раст, притисок во комората, брзина на ротација на сензорот и дизајн на дистрибуција на гас. Пристапите за оптимизација како MOPSO, NSGA-II и SVM сурогат моделите се широко прифатени. Резултатите покажуваат дека униформноста на дебелината може да се подобри за приближно 30%, додека Парето-предната оптимизација истовремено постигнува и високи стапки на раст и низок коефициент на варијација. Оптималните процесни прозорци обично се наоѓаат на температури на раст од 1450-1500°C, притисоци во комората од 80-100 mbar, брзини на ротација на сензорот над 60 вртежи во минута и асиметрични соодноси на влезниот гас како 5:16:5.

Преодна симулација на мултифизика во комбинација со машинско учење

Неодамнешните студии, исто така, интегрираат минливи CFD симулации со техники за машинско учење за да се забрза оптимизацијата на процесите. Термичко-проточно-хемиски споени CFD модели во комбинација со невронски мрежи ACO-BPNN се користат за оптимизирање на температурата на таложење, протокот на влезниот гас, брзината на ротација и притисокот во комората. Експерименталната валидација покажува одлична согласност помеѓу симулацијата и практичните резултати, со отстапувања на предвидувањата од само 4,03% за стапката на раст и 0,49% за униформност. Овој пристап значително ги скратува циклусите на развој и оптимизација и е особено погоден за хоризонтални CVD реактори со топли ѕидови.

Проток на гас и оптимизација на полето за температура

Оптимизацијата на протокот на гас и дистрибуцијата на термичко поле останува критична за висококвалитетниот раст на епитаксијата на SiC. Под оптимизирани услови, вклучувајќи стапка на проток на H2 од 100 slm, однос на поделба на протокот од 20:60:20 (страна:центар:страна), однос C/Si од 0,95, температура на раст од 1610°C и ротација на сензорот, истражувачите постигнаа високо стабилен температурен паралелен тек на теренот. Градиентот на температурата на површината на обландата беше намален на само 19,3°C. Дополнително, униформноста на азотниот допинг достигна 3,35-4,85%, додека дефектите на кристалите беа значително намалени на 28 вкупни дефекти, вклучувајќи само 8 триаголни дефекти и 6 дислокации на базалната рамнина (BPDs).

Структура на опрема Итерација и индустријализација

Надградбите на реакторите во индустриски размери помеѓу 2023 и 2026 година главно се фокусираат на вертикални системи за вбризгување на гас, повеќезонско индукционо греење, компатибилност со конфигурации со единечна и двојна обланда за наполитанки од 6–12 инчи и редизајн на графитните компоненти со автоматско превентивно одржување (PM). Овие структурни подобрувања овозможија процесите на епитаксијата на SiC од 8 инчи и 12 инчи да постигнат нерамномерност на дебелината под 3% и варијација на допинг под 8%. Понатаму, контаминацијата со честички е намалена за приближно 50%, времето на одржување е скратено за 30%, а температурните варијации контролирани во рамките на ± 5°C во системите со двојна обланда.

Три клучни заклучоци

1. Симулацијата + машинското учење стана главен метод за оптимизација на термичко поле: со спојување на термо-флуидно-хемиското поле преку CFD/FEM и комбинирање со ACO-BPNN или MOPSO/NSGA-II, оптималните параметри на Парето може да се најдат во рок од неколку недели (наместо со традиционално униформирање на дебелината/пробувањето и пробувањето). 30% и намалување на експерименталните трошоци. Ова е суштинска алатка за епитаксијален раст од големи размери од 8-12-инчен SiC.

2. Влијанието на гасната фаза (притисок/состав) во внатрешноста на изолацијата што се чувствува врз очигледната топлинска спроводливост не може да се игнорира: при високи температури на H2, доминантен е преносот на топлина во гасната фаза, а промените во притисокот/протокот на претходник ќе ја променат целокупната температурна дистрибуција на реакторот. Најновите аналитички модели можат директно да се вградат во CFD за да се постигне точно предвидување на моќноста и контрола на топлинското поле во затворена јамка, што е суштината на високата ефикасност, заштедата на енергија и униформноста во термалните камини.

3. Преминот кон поголеми димензии (8–12 инчи) бара структурна иновација: Домашната опрема постигна температура на површината на обландата ≤ ±0,5℃ и температурна разлика во двојна обланда ≤ 5℃ преку вертикален поделен довод на воздух, контрола на температурата во повеќе зони и оптимизација на сензорот. Униформноста на дебелината/допинг го достигна меѓународното водечко ниво, директно поддржувајќи го намалувањето на трошоците и удвојувањето на производствениот капацитет. Хоризонталниот жежок ѕид + ротирачкиот сензор сè уште е мејнстрим и нема очигледни контроверзии.

Semicorex нуди висок квалитеткомпоненти во епитаксијалниот процес. Ако имате какви било прашања или ви требаат дополнителни детали, не двоумете се да стапите во контакт со нас.

Контакт телефон +86-13567891907

Е-пошта: sales@semicorex.com