Physical Vapor Transport

Die physikalische Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Transport, PVT) ist ein etabliertes Verfahren zur Herstellung hochreiner und defektarmer Einkristalle, insbesondere von Verbindungshalbleitern wie Siliziumkarbid (SiC) und Aluminiumnitrid (AlN), die sich mit anderen Verfahren wie z.B. Czochralski nicht oder nur mit hohem Aufwand darstellen lassen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, exzellente Kristallqualitäten zu ermöglichen, ist die PVT-Technologie ein Schlüsselfaktor für die moderne Halbleiterindustrie. Die kontinuierliche Weiterentwicklung des PVT-Prozesses, einschließlich Varianten wie der Lely-Methode, zielt darauf ab, die Wachstumsbedingungen zu optimieren und die Materialeigenschaften stetig zu verbessern.

 

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Der Prozess

Beim Physical Vapor Transport (PVT)-Verfahren z. B. für Siliziumkarbid wird das in Pulverform vorliegende Ausgangsmaterial in einem geschlossenen Tiegel bei hohen Temperaturen (über 2.000 °C) direkt aus dem festen in den gasförmigen Zustand überführt (sublimiert). Das entstehende Dampf-Gemisch steigt aufgrund des Temperaturgradienten in Richtung eines kühleren Keims auf. An dieser Stelle kondensiert der Dampf und die SiC-Moleküle lagern sich Schicht für Schicht ab, sodass ein hochwertiger monokristalliner Boule entsteht. Dieser Prozess kann je nach gewünschter Zieldicke des Boule zwischen einigen Tagen und mehreren Wochen dauern. 

Prozessgase für perfektes Kristallwachstum

In der Regel werden als Prozessgase Argon und Stickstoff eingesetzt, die eine für den Prozess optimale Atmosphäre schaffen. Alternativ bieten wir auch Anlagenvarianten an, bei denen Wasserstoff (H₂) als aktiver Reaktionspartner verwendet wird. Dies ist insbesondere für das Wachstum von transparenten bzw. semiisolierenden Kristallen erforderlich.

Die Funktionsweise

Eine präzise Steuerung von Temperatur, Druck und Gasatmosphäre ist entscheidend für eine optimale Kontrolle über das Kristallwachstum und gewährleistet eine hohe Materialqualität. Dabei ist eine hohe Wiederholbarkeit dieser Prozessbedingungen – von Prozess zu Prozess und Anlage zu Anlage – essentiell, um einen hohen Yield erreichen zu können. 
Bei der Variante mit Wasserstoff wird durch den Wasserstoff gezielt eine n-Dotierung durch Stickstoff vermieden, wodurch transparentes bzw. semi-isolierendes Material erzeugt werden kann.

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Geöffnete Kammer einer SiCma-Anlage.

Industrien im Fokus

Leistungselektronik

Hochleistungs-Verbindungshalbleiter ermöglichen effiziente und zuverlässige Bauelemente für Anwendungen in der Leistungselektronik bei hohen Spannungen und Temperaturen und fördern die Miniaturisierung sowie die Energieeffizienz moderner Elektronik. Typische Anwendungsgebiete finden sich in der Elektromobilität und bei erneuerbaren Energien.

Optik

Halbisolierende SiC-Materialien werden beispielsweise in AR-Brillen eingesetzt, um die Brechungseigenschaften optischer Komponenten präzise zu steuern und so scharfe Bilddarstellungen sowie ein verbessertes Nutzererlebnis zu ermöglichen.

Optoelektronik

Unsere Anlagen sind die fortschrittlichen Systeme zur Herstellung hochwertiger Substrate und bilden damit die Grundlage für LEDs und andere optoelektronische Bauelemente. Dies ermöglicht innovative Anwendungen in der Beleuchtungs- und Sensortechnologie.

Energie

Siliziumkarbid‑(SiC-)Halbleiterbauelemente werden im Energiesektor als Hochleistungs‑Leistungselektronik eingesetzt, insbesondere in Anwendungen der Elektromobilität wie Wechselrichtern und On‑Board‑Ladegeräten für Elektrofahrzeuge sowie in Schnellladeinfrastrukturen. Zudem kommen sie in Leistungsumrichtern für erneuerbare Energiesysteme sowie zur Effizienzsteigerung industrieller Antriebe, einschließlich Traktionssystemen im Schienenverkehr, zum Einsatz.

Im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumchips bieten SiC‑Leistungshalbleiter eine höhere Effizienz aufgrund geringerer Schaltverluste, ermöglichen kompaktere Systemdesigns und weisen eine überlegene thermische Stabilität auf, sodass sie bei deutlich höheren Temperaturen betrieben werden können. Diese Eigenschaften führen zu geringeren Energieverlusten, reduzierten Kühlanforderungen und insgesamt leistungsfähigeren und leichteren Systemarchitekturen.

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Perfekte Kristalle. PVT-Technologie.

Physical Vapor Transport (PVT) Anlagen sind unverzichtbar für die Herstellung hochwertiger Halbleiterkristalle. Sie zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, Temperaturen von über 2.000 °C zuverlässig zu erzeugen und konstant zu halten, um Ausgangsmaterialien effizient in die Gasphase zu überführen. Die präzise Steuerung der Prozessbedingungen ermöglicht das Wachstum monokristalliner Boules mit herausragender Qualität und Ausbeute.

Maximale Effizienz und Flexibilität

Moderne PVT-Anlagen erfüllen höchste Anforderungen an Kompaktheit, Wiederholgenauigkeit und Flexibilität. Sie sind für die Massenproduktion ebenso geeignet wie für die Entwicklung individueller Lösungen und bieten fortschrittliche Automatisierung, einschließlich der Anbindung an Standards wie OPC-UA und SECS/GEM für eine nahtlose Integration in die Produktionsumgebung.

PVT – weltweit führend mit PVA

PVA TePla ist seit über einem Jahrzehnt ein führender Anbieter von PVT-Anlagen und setzt durch kontinuierliche Weiterentwicklung und enge Zusammenarbeit mit industriellen und akademischen Partnern Maßstäbe in Innovation und Qualität. Unsere Kunden profitieren von maßgeschneiderten Lösungen und einer starken internationalen Präsenz.

Nachhaltige Produktion. Made in Europe.

Zum Bau von Standard- und kundenspezifischen Druckkesseln, Komponenten und Vakuumkammern verfügen wir über eine eigene Fertigung in Europa, die vollständig ohne fossile Brennstoffe betrieben wird und damit unserem Nachhaltigkeitsanspruch entspricht.

Die Vorteile im Überblick

  • Schnelle Lieferzeiten: Größere Unabhängigkeit von externen Zulieferern
  • Flexible Anpassungen: Kurzfristige Designänderungen können unmittelbar berücksichtigt werden
  • Verlässliche Materialverfügbarkeit: Konstante Verfügbarkeit hochwertiger Materialien durch Nähe zu langjährigen Partnern
  • Beste Qualität in der Verarbeitung inkl. Normen: Durch die Durchführung von Schweißarbeiten im eigenen Haus kann die Konformität der Verbindungen direkt überwacht werden, was für die Einhaltung von Normen wie UNI EN ISO 3834 unerlässlich ist.
  • Höchste Standards: Selbstverständlich erfüllt unser Werk unsere hohen Anforderungen an Qualität, Sicherheit und Nachhaltigkeit
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Person in einer Produktionshalle mit PVT SiCma-Kristallzuchtanlagen.
Montage von SiCma PVT-Kristallzuchtanlagen in einer Produktionshalle.
Techniker bei der Arbeit an einem SiCma-System.
Nahaufnahme von Kristallzucht-Behälteröffnungen mit Metallflanschen und Kondensation auf der Oberfläche.

Die PVT Anlagen im Überblick

SiCma PVT-Kristallzuchtanlage in einer Produktionshalle.

SiCma

Die SiCma-Anlagenserie wurde speziell für die Herstellung von Verbindungshalbleiterkristallen mittels PVT-Verfahren entwickelt. Das System ermöglicht die Großserienfertigung von Substraten bis zu 12’’ Durchmesser und überzeugt durch ein kompaktes, energieeffizientes Design sowie einen hohen Automatisierungsgrad.

 

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