Modellbildung zur Simulation der Züchtung von Siliziumkarbid (SiC)-Einkristallen aus der Gasphase und deren experimentelle Verifizierung

模拟气相碳化硅（SiC）单晶生长的建模及其实验验证

• 批准号: 5303110
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Peter Wellmann
• 金额: --
• 依托单位: Kirchhoff-Institut für Physik
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 1996-12-31 至 2003-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5303110?language=en
• 关键词: Modellbildung; zur; Simulation; der; chtung

Siliziumkarbidm (SiC) Halbleiterkristalle für kommerzielle Anwendungen als Substrate für Hochleistungs-, Hochfrequenz- und optoelektronische Bauelemente werden heute nach dem sogenannten PVT (physical vapor transport) Verfahren aus der Gasphase hergestellt [1,2]. In den ersten drei Projektjahren konnte eine deutliche Verbesserung der SiC-Kristallqualität durch die Homogenisierung des Temperaturfeldes im Züchtungsreaktor erzielt werden. Eine wesentliche Hilfestellung stellte dabei die numerische Simulation des Temperaturfeldes dar, mit deren Hilfe der Tiegelaufbau optimiert werden konnte (Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhlh für Strömungsmechanik der Universität Erlangen, DFG Projekt Du 101/47). Der radiale Temperaturgradient konnte von 10K/cm auf 1K/cm reduziert werden, was z.B. eine Verringerung der Mikroröhren (defekt) dichte von ca. 500cm-2 aif 200cm-2 zur Folge hatte. Die Modellbildung konnte dahingehend verbessert werden, daß jetzt der Stofftransport vom SiC-Quellenmaterial zum wachsenden Kristall, unter Berücksichtigung dabei autretender heterogener chemischer Wandreaktionen, berechnet werden kann [5]. Als nächster Meilenstein der Modellentwicklung für die Verbesserung des SiC-Kristallwachstumsprozesses wird die numerische Simulation des Stofftransportes in der SiC-Pulverquelle und der chemischen Prozesse in der Gasphase angesehen. Zur experimentellen Verifikation stehen zwei neuartige Entwicklungen am Institut für Werkstoffwissenschaften 6 zur Verfügung. Zum einen wurde im 1.-3. Projektjahr ein digitales bildgebendes Röntgenverfahren entwickelt [7,8], mit dessen Hilfe es erstmals möglich ist, insitu den Verlauf des PVT-Züchtungsprozesses zu verfolgen. Mit diesem Verfahren kann die Form der Phasengrenze des wachsenden Kristalls beobachtet werden, und es ermöglicht erstmals die Erfassung und Analyse der im SiC-Pulver Quellenmaterial stattfindenden Vorgänge. Zum anderen wurde ein PVT-Züchtungsreaktor mit einer Sondergasversorgung mit Silan und Propan erweitert, um dadurch erstmals die chemische Zusammensetzung der Gasphase beim PVT-Verfahren zu variieren. Durch Zugabe von Silan bzw. Propan kann die Zusammensetzung der Gasphase in Richtung silizium- oder kohlenstoffreich eingestellt werden. Dadurch soll z. B., die Ursache für die Entstehung von unerwünscht Si- und C-Einschlüssen im wachsenden SiC-Kristall untersucht werden.

碳化硅半导体（SiC）半导体衬底用于热电子、高频和光电子器件的衬底，将在韦尔登器件的气相物理气相传输（PVT）测试中得到应用[1，2]。在第一个三年的项目中，通过在Züchtungsreaktor韦尔登中温度分布的均匀化，可以对SiC-Kristallqualität进行一次德国的测试。一个重要的数值模拟方法是利用韦尔登大学最佳结构设计工具（Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhlh für Strömungsmechanik der Universität埃尔兰根，DFG Projekt Du 101/47）对温度场进行数值模拟。径向温度梯度为10 K/cm和韦尔登为1 K/cm时，为z.B. eine Verringerung der Mikroröhren（defekt）picked von ca. 500 cm-2和200 cm-2的折边。该模型的建立可以理解为韦尔登的形成，也可以将SiC-Quellenmaterial的Stofftransport引入到Kristall中，从而获得韦尔登的非均相化学反应。本文通过建立SiC-晶体生长过程的数学模型，对SiC-粉体中的物料输运过程和气相中的化学过程进行了数值模拟。Zur experimentellen Verifikation stehen zwei neuartige Entwicklungen am Institut für Werkstoffwissenschaften 6 zur Verfügung.一个人在我面前。3.该项目是一个数字化的Röntgenverfahren entwickelt [7，8]，mit dessen Hilfe es estmals möglich ist，insitu den Verlauf des PVT-Züchtungsprozesses zu verfolgen.通过这种方法可以观察到韦尔登的相组成，并对SiC粉淬火材料进行了实验和分析。在一个带有硅烷和丙烷的Sondergasversorgung的PVT-Züchtungsreaktor中，最重要的是将气相化学转换成各种PVT-Verfahren。丹·祖加布·冯·西兰丙烷可以在气相中形成混合物--或者在韦尔登中形成混合物。Dadurch soll z. B.，该Ursache für die Entstehung von unerwünscht Si- und C-Einschlüssen im wachsenden SiC-Kristall untersucht韦尔登.