Wat is CVD SiC-bedekking?
Chemiese dampafsetting (CVD) is 'n vakuumafsettingsproses wat gebruik word om hoë-suiwer vaste materiale te produseer. Hierdie proses word dikwels in die halfgeleiervervaardigingsveld gebruik om dun films op die oppervlak van wafers te vorm. In die proses van die voorbereiding van silikonkarbied deur CVD, word die substraat blootgestel aan een of meer vlugtige voorlopers, wat chemies op die oppervlak van die substraat reageer om die verlangde silikonkarbiedafsettings af te sit. Onder die vele metodes vir die voorbereiding van silikonkarbiedmateriale, het die produkte wat deur chemiese dampafsetting voorberei word, hoër eenvormigheid en suiwerheid, en hierdie metode het sterk prosesbeheerbaarheid. CVD-silikonkarbiedmateriale het 'n unieke kombinasie van uitstekende termiese, elektriese en chemiese eienskappe, wat hulle baie geskik maak vir gebruik in die halfgeleierbedryf waar hoëprestasiemateriale benodig word. CVD-silikonkarbiedkomponente word wyd gebruik in etsapparatuur, MOCVD-toerusting, Si-epitaksiale toerusting en SiC-epitaksiale toerusting, vinnige termiese verwerkingsapparatuur en ander velde.
Hierdie artikel fokus op die ontleding van die kwaliteit van dun films wat by verskillende prosestemperature gekweek word tydens die voorbereiding vanCVD SiC-laag, om die mees geskikte prosestemperatuur te kies. Die eksperiment gebruik grafiet as die substraat en trichloromethylsilaan (MTS) as die reaksiebrongas. Die SiC-laag word deur 'n laedruk-CVD-proses neergelê, en die mikromorfologie van dieCVD SiC-laagword waargeneem deur skanderingselektronmikroskopie om die strukturele digtheid daarvan te analiseer.
Omdat die oppervlaktemperatuur van die grafietsubstraat baie hoog is, sal die intermediêre gas gedesorbeer en van die substraatoppervlak ontslaan word, en uiteindelik sal die C en Si wat op die substraatoppervlak oorbly, vastefase SiC vorm om SiC-laag te vorm. Volgens die bogenoemde CVD-SiC-groeiproses kan gesien word dat temperatuur die diffusie van gas, die ontbinding van MTS, die vorming van druppels en die desorpsie en ontlading van intermediêre gas sal beïnvloed, dus sal die afsettingstemperatuur 'n sleutelrol speel in die morfologie van SiC-laag. Die mikroskopiese morfologie van die laag is die mees intuïtiewe manifestasie van die digtheid van die laag. Daarom is dit nodig om die effek van verskillende afsettingstemperature op die mikroskopiese morfologie van CVD SiC-laag te bestudeer. Aangesien MTS SiC-laag tussen 900~1600 ℃ kan ontbind en neersit, kies hierdie eksperiment vyf afsettingstemperature van 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ en 1300 ℃ vir die voorbereiding van SiC-laag om die effek van temperatuur op CVD-SiC-laag te bestudeer. Die spesifieke parameters word in Tabel 3 getoon. Figuur 2 toon die mikroskopiese morfologie van CVD-SiC-bedekking wat by verskillende afsettingstemperature gekweek word.
Wanneer die afsettingstemperatuur 900 ℃ is, groei alle SiC in veselvorms. Daar kan gesien word dat die deursnee van 'n enkele vesel ongeveer 3.5 μm is, en die aspekverhouding daarvan is ongeveer 3 (<10). Boonop bestaan dit uit tallose nano-SiC-deeltjies, dus behoort dit aan 'n polikristallyne SiC-struktuur, wat verskil van die tradisionele SiC-nanodrade en enkelkristal SiC-snorre. Hierdie veselagtige SiC is 'n strukturele defek wat veroorsaak word deur onredelike prosesparameters. Daar kan gesien word dat die struktuur van hierdie SiC-laag relatief los is, en daar is 'n groot aantal porieë tussen die veselagtige SiC, en die digtheid is baie laag. Daarom is hierdie temperatuur nie geskik vir die voorbereiding van digte SiC-bedekkings nie. Gewoonlik word veselagtige SiC-strukturele defekte veroorsaak deur te lae afsettingstemperatuur. By lae temperature het die klein molekules wat op die oppervlak van die substraat geadsorbeer word, lae energie en swak migrasievermoë. Daarom is klein molekules geneig om te migreer en te groei na die laagste oppervlakvrye energie van SiC-korrels (soos die punt van die korrel). Deurlopende gerigte groei vorm uiteindelik veselagtige SiC strukturele defekte.
Voorbereiding van CVD SiC-laag:
Eerstens word die grafietsubstraat in 'n hoëtemperatuur-vakuumoond geplaas en vir 1 uur by 1500 ℃ in 'n Ar-atmosfeer gehou vir die verwydering van as. Dan word die grafietblok in 'n blok van 15x15x5 mm gesny, en die oppervlak van die grafietblok word gepoleer met 1200-maas skuurpapier om die oppervlakporieë wat die afsetting van SiC beïnvloed, te verwyder. Die behandelde grafietblok word met anhidriese etanol en gedistilleerde water gewas en dan in 'n oond by 100 ℃ geplaas om te droog. Laastens word die grafietsubstraat in die hooftemperatuursone van die buisvormige oond vir SiC-afsetting geplaas. Die skematiese diagram van die chemiese dampafsettingstelsel word in Figuur 1 getoon.
DieCVD SiC-laagis waargeneem deur skanderingselektronmikroskopie om die deeltjiegrootte en digtheid daarvan te analiseer. Daarbenewens is die afsettingstempo van die SiC-laag bereken volgens die volgende formule: VSiC=(m²-m³)/(Sxt)x100% VSiC = Afsettingstempo; m2–massa van bedekkingsmonster (mg); m1–massa van die substraat (mg); S-oppervlakte van die substraat (mm2); t - die afsettingstyd (h). CVD-SiC is relatief ingewikkeld, en die proses kan soos volg opgesom word: by hoë temperatuur sal MTS termiese ontbinding ondergaan om koolstofbron- en silikonbron-kleinmolekules te vorm. Die koolstofbron-kleinmolekules sluit hoofsaaklik CH3, C2H2 en C2H4 in, en die silikonbron-kleinmolekules sluit hoofsaaklik SiCI2, SiCI3, ens. in; hierdie koolstofbron- en silikonbron-kleinmolekules sal dan deur die draergas en die verdunningsgas na die oppervlak van die grafietsubstraat vervoer word, en dan sal hierdie klein molekules in die vorm van adsorpsie op die oppervlak van die substraat geadsorbeer word, en dan sal chemiese reaksies tussen die klein molekules plaasvind om klein druppeltjies te vorm wat geleidelik groei, en die druppeltjies sal ook saamsmelt, en die reaksie sal gepaard gaan met die vorming van intermediêre neweprodukte (HCl-gas); Wanneer die temperatuur tot 1000 ℃ styg, verbeter die digtheid van die SiC-laag aansienlik. Daar kan gesien word dat die meeste van die laag uit SiC-korrels bestaan (ongeveer 4μm in grootte), maar sommige veselagtige SiC-defekte word ook gevind, wat toon dat daar steeds gerigte groei van SiC by hierdie temperatuur is, en die laag is steeds nie dig genoeg nie. Wanneer die temperatuur tot 1100 ℃ styg, kan gesien word dat die SiC-laag baie dig is, en die veselagtige SiC-defekte heeltemal verdwyn het. Die laag bestaan uit druppelvormige SiC-deeltjies met 'n deursnee van ongeveer 5~10μm, wat styf verbind is. Die oppervlak van die deeltjies is baie grof. Dit bestaan uit tallose nanoskaalse SiC-korrels. Trouens, die CVD-SiC-groeiproses by 1100 ℃ het massa-oordragbeheer geword. Die klein molekules wat op die oppervlak van die substraat geadsorbeer word, het genoeg energie en tyd om te kern en in SiC-korrels te groei. Die SiC-korrels vorm eenvormig groot druppels. Onder die werking van oppervlakenergie lyk die meeste druppels sferies, en die druppels is styf gekombineer om 'n digte SiC-laag te vorm. Wanneer die temperatuur tot 1200℃ styg, is die SiC-laag ook dig, maar die SiC-morfologie word veelvuldig geriffel en die oppervlak van die laag lyk growwer. Wanneer die temperatuur tot 1300℃ styg, word 'n groot aantal gereelde sferiese deeltjies met 'n deursnee van ongeveer 3μm op die oppervlak van die grafietsubstraat gevind. Dit is omdat SiC by hierdie temperatuur in gasfase-nukleasie omgeskakel is, en die MTS-ontbindingstempo baie vinnig is. Klein molekules het gereageer en gekim om SiC-korrels te vorm voordat hulle op die substraatoppervlak geadsorbeer word. Nadat die korrels sferiese deeltjies gevorm het, sal hulle laer daal, wat uiteindelik 'n los SiC-deeltjielaag met swak digtheid tot gevolg het. Dit is duidelik dat 1300℃ nie as die vormingstemperatuur van 'n digte SiC-laag gebruik kan word nie. Omvattende vergelyking toon dat as 'n digte SiC-laag voorberei moet word, die optimale CVD-afsettingstemperatuur 1100℃ is.
Figuur 3 toon die afsettingstempo van CVD SiC-bedekkings by verskillende afsettingstemperature. Soos die afsettingstemperatuur toeneem, neem die afsettingstempo van die SiC-bedekking geleidelik af. Die afsettingstempo by 900°C is 0.352 mg·h-1/mm2, en die rigtinggewende groei van die vesels lei tot die vinnigste afsettingstempo. Die afsettingstempo van die bedekking met die hoogste digtheid is 0.179 mg·h-1/mm2. As gevolg van die afsetting van sommige SiC-deeltjies, is die afsettingstempo by 1300°C die laagste, slegs 0.027 mg·h-1/mm2. Gevolgtrekking: Die beste CVD-afsettingstemperatuur is 1100 ℃. Lae temperatuur bevorder die gerigte groei van SiC, terwyl hoë temperatuur veroorsaak dat SiC dampafsetting produseer en 'n yl laag tot gevolg het. Met die toename van die afsettingstemperatuur, neem die afsettingstempo vanCVD SiC-laaggeleidelik afneem.
Plasingstyd: 26 Mei 2025