PVT 방식 SIC 결정성장 공정을 위한 고정밀 압력 제어 솔루션 및 보조장비 국산화 교체

자세한 세부 사항

PVT 방식 SIC 결정성장 공정을 위한 고정밀 압력 제어 솔루션 및 보조장비 국산화 교체

1. 탄화규소 단결정 소재란 무엇입니까?
와이드 밴드갭 반도체 소재라고도 알려진 탄화규소 단결정 소재. 이는 우수한 물리적 및 전기적 특성을 가지며 특히 고온, 고주파, 고전력, 방사선 저항, 단파장 발광 및 광전자 통합 장치 제조에 적합하므로 항공, 항공 우주, 레이더, 통신 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 현재 탄화 규소 단결정의 성장에는 일반적으로 PVT 방법이 사용됩니다.

탄화규소 단결정 성장의 궁극적인 목적은 크고 결함이 적은 탄화규소 단결정을 얻는 것이기 때문에 탄화규소 단결정의 크기가 증가함에 따라 단결정 로 내의 진공 압력 제어가 극도로 까다로워지며, 공정 가스 압력 변화는 SiC 결정의 성장 속도와 결정 품질에 큰 영향을 미칩니다. 그림 1은 일반적인 SiC 단결정 성장 공정에서 시간에 따른 압력, 온도 및 공정 가스 곡선을 보여줍니다.


그림 1의 공정곡선을 보면 결정성장로의 압력제어는 전체 진공도 범위에서 정밀한 변화과정이며, 전체 진공도 변화범위는 저진공과 고진공(-4)에 걸쳐 있음을 알 수 있다. 5 -1 510 Pa ~10 Pa), 특히 10 Pa ~ 10 Pa의 저진공 범위에서는 정밀한 제어가 필요합니다. 현재 PVT법을 사용하여 SiC 단결정을 제조할 때 다음과 같은 문제가 여전히 존재합니다.

(1) 다운스트림 모드(가스 배출 속도 조정)는 일반적으로 전체 공정에서 진공도의 변화를 제어하는 데 사용됩니다. 0.1~1000Pa의 고진공 범위에서는 제어 정확도가 매우 낮고 결정 성장 용기의 압력 변동이 큽니다(약 ±10%).
(2) 진공 제어 장치에 사용되는 조절 밸브 및 PID 컨트롤러는 기본적으로 상류 유량 제어 밸브, 하류 배기 스로틀 밸브 및 이에 대한 PID 밸브 컨트롤러를 사용합니다. 비용 절감을 위해 PID 컨트롤러와 일체형 구조로 통합된 다양한 하류 배기 스로틀 밸브가 있지만 전체 비용은 여전히 상대적으로 높습니다.
(3) 대만의 진공압력 대체 제품도 점차 등장하고 있지만 밸브 누출률이 크고 밸브 조정 응답 시간이 길며 다양한 범위의 진공 게이지를 자동으로 전환할 수 없어 사용할 수 없는 등의 문제가 여전히 남아 있습니다. 업스트림 및 다운스트림 제어 모드 모두 범위 내에서 진공 압력의 고정밀 제어에 도달합니다.

본 논문에서는 위에서 언급한 PVT SiC 단결정 성장 공정의 진공 압력 제어에 존재하는 문제점에 대해 상세한 기술 분석을 수행하고 이에 대한 해결책을 제안할 것입니다. 솔루션의 핵심은 업스트림 및 다운스트림 동시 제어 방법을 채택하여 전체 압력 범위에서 제어 정확도와 안정성을 크게 향상시키고 이에 상응하는 낮은 누출률과 높은 응답 속도를 도입하는 것입니다.KAOLU 의 비례 압력 조절기및 초고정밀 산업용 PID 컨트롤러를 사용하여 해당 수입 제품을 대체할 수 있습니다.

2. 탄화규소 단결정 성장의 응력 변화 과정 분석
그림 1은 3세대 탄화규소 단결정 성장을 위한 현재의 PVT 방식 중 압력, 온도, 가스 흐름의 변화 곡선을 보여주며, 빨간색 선은 매우 일반적인 진공 압력 변화 과정을 나타냅니다. PVT법에 의한 SiC 단결정 성장 중 진공압력 변화의 요구사항을 심층적으로 이해하기 위해 각 단계의 진공압력 변화 과정을 분석합니다.
그림 1에서 볼 수 있듯이 SiC 단결정 성장 중 진공 압력의 변화는 다음 단계로 구분됩니다.
(1) 고진공 단계: 고진공 단계에서는 용기 및 재료의 공기와 습기를 제거하기 위한 고진공(1xPa - 1x Pa)입니다. 이러한 높은 진공 수준에서는 공기 압력을 느리고 일정한 속도로 감압하여 탄화규소 분말에서 먼지가 형성되는 것을 방지해야 합니다.
(2) 성장 전 단계: 마찬가지로 성장 전 단계에서는 공정 가스가 채워지고 온도가 점진적으로 증가함에 따라 용기 내의 공기 압력도 일정 수준에서 정상 압력 또는 약간 양압으로 점진적으로 증가해야 합니다. 일정한 속도와 가스 변위로 공기와 습기를 더욱 제거합니다.
(3) 성장단계: 결정성장단계에서는 용기의 압력을 일정한 속도로 점차적으로 일정 설정값(성장압력)까지 낮추어 장기간 일정하게 유지하는 것이 필요하다. 다양한 성장 장비와 프로세스는 일반적으로 다양한 성장 압력을 사용합니다.
(4) 냉각 단계: 냉각 단계에서는 온도가 점차 감소함에 따라 용기 내의 공기 압력을 일정한 속도로 상압 또는 약간의 양압으로 점진적으로 증가시키는 것이 필요합니다.

위의 단결정 성장 과정 중 압력 변화의 여러 단계에서 볼 수 있듯이 진공 압력 제어 장치는 다음과 같은 주요 기술 지표를 충족해야 하며 이는 기본적으로 수입 제품이 도달한 기술 지표입니다.
(1) 누설률: 1×Pa./s 미만
(2) 제어 정확도 및 장기 안정성: 모든 진공 압력 하에서 제어 정확도는 1%(또는 0.5%)보다 낫고 장기 안정성은 1%(또는 0.1%)보다 낫습니다.
(3) 응답속도 : 1초 이내 응답 속도는 제어 정확도와 장기 안정성도 결정합니다. 특히 온도와 흐름의 공동 영향으로 진공 압력은 빠르게 변동합니다. 정확한 제어를 위해서는 빠른 응답속도가 핵심입니다.
(4) 범위가 다른 진공 게이지 연결: 범위가 다른 2개의 정전용량 진공 게이지를 연결하여 전체 진공 압력 측정 제어 범위를 포괄할 수 있으며 해당 진공도에 따라 센서가 자동으로 전환 및 제어될 수 있습니다.
(5) 프로그래밍 가능한 제어: 모든 압력 제어 곡선의 설정을 프로그래밍할 수 있으며, 다양한 프로세스 제어를 호출하기 위해 여러 제어 곡선을 저장할 수 있습니다.
(6) PID 매개변수: 자체 조정이 가능하고 여러 그룹의 PID 매개변수를 저장하고 호출할 수 있습니다.
(7) 호스트 컴퓨터와의 통신: 호스트 컴퓨터(예: PLC 및 컴퓨터)와 통신하며 표준 통신 프로토콜이 있습니다.

3. 고정밀 진공 압력 제어 솔루션
위의 분석에서 다양한 실리콘 카바이드 결정 성장 공정에 필요한 압력은 0.2Pa에서 80kPa까지 넓은 범위임을 알 수 있습니다. 현재 다운스트림 제어 모드는 전 세계적으로 결정 성장 공정의 압력 공정에 일반적으로 사용됩니다. 성장 용기 사이에는 스로틀 밸브가 설치됩니다.

진공 압력 제어는 상류 흡입 흐름을 일정하게 하고 스로틀 밸브를 통해 하류 배기 흐름을 조정함으로써 달성됩니다. 1kPa보다 큰 고압 범위의 경우 이 다운스트림 제어 모드는 매우 효과적이며 정밀한 압력 제어에 도달할 수 있지만, 저압 범위(0.1Pa~1kPa)의 경우 다운스트림 모드의 제어 효과가 극히 낮으므로 공기 흡입 흐름과 일정한 하류를 조정하십시오. 업스트림 제어 모드는 펌핑 흐름을 위한 것입니다.

또한, 업스트림 제어 모드는 진공 제어 분야에서 널리 사용되고 있으며, 이전 실용화 및 검증 테스트에서도 업스트림 모드가 1kPa 이하의 저압 정밀 제어에 도달할 수 있음을 확인했습니다.

요약하면, 0.2Pa ~ 80kPa의 전체 범위에서 진공 압력을 정밀하게 제어하려면 업스트림 모드와 다운스트림 모드를 각각 사용해야 합니다. 따라서 우리는 업스트림 모드와 다운스트림 모드를 모두 구현할 수 있는 진공 압력에 대한 고정밀 제어 솔루션을 제안합니다. 상류 및 하류 동시 제어가 가능한 진공 압력 제어 시스템의 구조는 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2에 표시된 솔루션에서는 0.2Pa ~ 80kPa의 전체 진공 범위를 포괄하기 위해 두 개의 정전 용량 진공 게이지가 사용됩니다. 진공 게이지의 측정 신호는 업스트림 전자 비례 유량 제어 밸브를 각각 구동하는 PID 컨트롤러로 전송됩니다. 그리고 다운스트림 전기 볼 밸브인 폐쇄 루프 제어 루프는 전체 범위에서 진공 압력을 정밀하게 제어합니다. 진공 압력의 구체적인 제어 프로세스는 다음과 같습니다.
(1) 압력 제어 설정 값이 1kPa보다 큰 고압 범위에 있으면 PID 컨트롤러는 다운스트림 제어 모드에 있고 PID 컨트롤러는 업스트림 전자 제어 니들 밸브를 일정 개방으로 조정하고 다운스트림에서 자동 PID 제어를 수행합니다. 전자 제어 밸브. 전자적으로 제어되는 볼 밸브의 개방도 변화를 빠르게 조정하여 성장 용기의 압력 측정 값을 설정 값과 빠르게 동일하게 만들 수 있습니다.

(2) 압력 제어 설정 값이 1kPa 미만의 저압 범위에 있으면 PID 컨트롤러는 업스트림 제어 모드에 있고 PID 컨트롤러는 다운스트림 전자 제어 볼 밸브를 일정한 개방으로 조정하고 업스트림에서 자동 PID 제어를 수행합니다. 전자 제어 니들 밸브. 전자 제어 니들 밸브의 개방을 빠르게 조정하여 성장 용기의 압력 측정 값을 설정 값과 빠르게 동일하게 만들 수 있습니다.

4. 지원장치 국산화 대체
이 기사에서 제안한 솔루션은 진공 게이지, 전자 제어 밸브 및 PID 컨트롤러가 기술 요구 사항을 충족한다는 전제하에 고정밀 진공 압력 제어에 도달할 수 있습니다. 최고의 정확도, 안정성은 설정값의 ±0.5%에 쉽게 도달할 수 있으며, 대부분의 진공 압력 범위에서도 안정성은 설정값의 ±0.1%에 도달할 수 있습니다.

0.1Pa~100kPa 범위의 진공도 제어 과정에서 현재 진공 기술 응용 분야에서는 외국 제품이 널리 사용되고 있습니다. 국산화 기술의 발전으로 필름 용량 진공 게이지 외에도 다른 진공 압력 제어 시스템의 주요 지원 장치는 핵심 기술에서 완전히 획기적인 발전을 이루었습니다. 국산화, 낮은 누수율, 빠른 대응 등 전반적인 기술 지표가 외국 제품과 유사합니다. PID 컨트롤러는 외국 제품보다 측정 및 제어 정확도가 높으며, 외국 제품이 일시적으로 도달할 수 없는 양방향 모드 제어 기능도 갖추고 있습니다.

국산화로 대체되는 주요 지원장치로는 그림 3과 같이 고속·저누설 진공용 전자제어 니들밸브, 전자제어 볼밸브, 다기능 초고정밀 범용 PID 제어기 등이 있다.

(그림3 KAOLU 의 비례 유량 제어 밸브)

그림 3에 표시된 KAOLU 의 비례 유량 제어 밸브는 모두 섹션 2의 기술 요구 사항을 충족하며 특히 고정밀 산업용 PID 컨트롤러는 24비트 아날로그-디지털 변환 및 16비트 디지털-디지털 변환이 뛰어난 성능을 제공합니다. -아날로그 변환. 배정밀도 부동 소수점 연산의 0.01% 최소 출력 비율은 현재 전 세계 산업용 PID 컨트롤러의 최고 지수로, 압력, 온도, 흐름과 같은 프로세스 매개변수의 초고정밀 제어에 도달할 수 있습니다.

5. 결론
PVT 단결정 성장 공정의 경우, 이 기사에서 제안된 업스트림 및 다운스트림 양방향 제어 솔루션은 전체 범위에서 진공 압력의 빠르고 고정밀 제어에 도달할 수 있습니다. 이 솔루션은 많은 진공 기술 분야에 적용되었으며 해당 전자 비례 유량 제어 밸브와 전자 볼 밸브는 외국 제품과 유사한 기술 지표를 가지고 있으며 산업용 초정밀 PID 컨트롤러는 탁월한 성능을 가지고 있습니다. 이러한 지원 장치는 다양한 진공 압력 센서와 양방향 제어 방법을 결합하여 진공 압력의 고정밀 제어를 실현합니다.

에 대한 추가 정보KAOLU 의 비례유량제어밸브, 우리를 방문하시기 바랍니다웹사이트.