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晶體生長爐主要用于半導體材料的品體生長，通過精確控制溫度、氣氛和機械運動等條件，實現高質量單品的生長。該設備在半導體產業中具有重要地位，既可用于碳化硅（SiC）單晶生長，也可用于單晶硅（Si）生長，但兩者的生長工藝、設備設計和技術難度存在顯著差異。
晶體生長爐主要由爐體、加熱系統、真空系統、氣氛控制系統、機械運動機構以及控制系統等組成。各部分協同工作，確保晶體生長過程的穩定性和可控性。
晶體生長爐的結構特點 | |||
爐體 | 加熱系統 | 真空系統 | 氣氛控制系統 |
采用高強度、高耐腐蝕性的材料制成，能夠承受高溫和真空環境下的長期工作。 | 采用先進的加熱技術和材料，提供穩定、均勻的加熱環境，確保晶體生長所需的溫度條件。 | 具備高效的真空抽氣和保壓能力，為晶體生長提供所需的真空環境。 | 能夠精確調節爐內氣氛的組成和壓力，以滿足不同晶體生長的需求。 |
物料氣相傳輸法（PVT）的基本原理是：固態原料在高溫區升華→氣相組分傳輸至低溫區→在籽晶表面結晶。
晶體生長爐在氣相傳輸法（PVT）的工藝應用 | ||
原料升華控制 | 氣相傳輸環境 | 結晶界面優化 |
中頻感應加熱（1600℃以上）使SiC原料（粉末或塊體）在石墨坩堝內高效升華，形成Si?C、SiC?等氣相組分。 | 10?3Pa級真空減少雜質干擾，惰性氣體分壓調節氣相傳輸動力學。 | 籽晶旋轉改善結晶均勻性，坩堝升降調節原料到籽晶間距，維持**生長界面。 |
晶體生長爐高溫加熱系統分區溫控（±0.1℃精度）通過梯度溫度場，確保升華速率穩定。 | 晶體生長爐的真空與氣氛控制系統實時監測氣相成分，閉環反饋控制氣體流量。 | 晶體生長爐可控制籽晶桿與坩堝運動，實現0.5mm/h生長速率精度，避免晶體應力缺陷。 |
直拉法（CZ）的基本原理是：通過精確控制熔體溫度、晶體提拉速度和旋轉等參數，實現高質量單晶的生長。
晶體生長爐在直拉法（CZ）的工藝應用 | ||
原料熔融 | 籽晶引晶 | 晶體生長 |
高純度多晶硅（或鍺）在坩堝中加熱至熔點以上（硅：1414℃）形成熔體。 | 將定向切割的籽晶浸入熔體，緩慢提拉并旋轉，誘導熔體沿籽晶結晶方向生長。 | 通過控制溫度梯度、提拉速度（毫米/分鐘級）和旋轉速度，形成圓柱形單晶錠。 |
晶體生長爐高溫加熱系統提供1600℃以上的高溫，需均勻加熱坩堝。 | 晶體生長爐控制籽晶運動，提拉速度影響晶體直徑和缺陷密度）。旋轉方向與坩堝反向旋轉以改善均勻性。 | 晶體生長爐優化溫度梯度，減少熱應力導致的缺陷。控制坩堝旋轉與升降促進熔體對流，提高摻雜均勻性。 |
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