በሲቪዲ ሲሲ ሽፋን እድገት ላይ የተለያዩ የሙቀት መጠኖች ተፅእኖ

CVD SiC ሽፋን ምንድን ነው?

የኬሚካል ትነት ማስቀመጫ (CVD) ከፍተኛ ንፅህና ያላቸው ጠንካራ ቁሶችን ለማምረት የሚያገለግል የቫኩም ክምችት ሂደት ነው። ይህ ሂደት ብዙውን ጊዜ በሴሚኮንዳክተር ማምረቻ መስክ ላይ ቀጭን ፊልሞችን በቫፈርስ ላይ ለመሥራት ያገለግላል. በሲቪዲ የሲሊኮን ካርቦይድን በማዘጋጀት ሂደት ውስጥ, ንጣፉ ለአንድ ወይም ከዚያ በላይ ተለዋዋጭ ቅድመ-ቅጦች የተጋለጠ ነው, ይህም በኬሚካላዊው ወለል ላይ የሚፈለገውን የሲሊኮን ካርቦይድ ክምችቶችን ለማስቀመጥ በኬሚካላዊ ምላሽ ይሰጣል. የሲሊኮን ካርቦይድ ቁሳቁሶችን ለማዘጋጀት ከብዙ ዘዴዎች መካከል, በኬሚካላዊ የእንፋሎት ማጠራቀሚያ የሚዘጋጁ ምርቶች ከፍተኛ ተመሳሳይነት እና ንፅህና አላቸው, እና ይህ ዘዴ ጠንካራ የሂደት ቁጥጥር አለው. የሲቪዲ ሲሊከን ካርቦይድ ቁሳቁሶች በጣም ጥሩ የሙቀት ፣ የኤሌክትሪክ እና የኬሚካል ባህሪዎች ልዩ ጥምረት አላቸው ፣ ይህም ከፍተኛ አፈፃፀም ያላቸው ቁሳቁሶች በሚያስፈልጉበት ሴሚኮንዳክተር ኢንዱስትሪ ውስጥ ለመጠቀም በጣም ተስማሚ ያደርጋቸዋል። የሲቪዲ የሲሊኮን ካርቦዳይድ ክፍሎች በኤክሪንግ መሳሪያዎች, MOCVD መሳሪያዎች, ሲ ኤፒታክሲያል መሳሪያዎች እና ሲሲ ኤፒታክሲያል መሳሪያዎች, ፈጣን የሙቀት ማቀነባበሪያ መሳሪያዎች እና ሌሎች መስኮች በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ.

ይህ ጽሑፍ በማዘጋጀት ወቅት በተለያየ የሂደት ሙቀት ውስጥ የሚበቅሉትን ቀጭን ፊልሞች ጥራት በመተንተን ላይ ያተኩራልየሲቪዲ ሲሲ ሽፋን, በጣም ትክክለኛውን የሂደቱን ሙቀት ለመምረጥ. ሙከራው ግራፋይትን እንደ መለዋወጫ እና trichloromethylsilane (MTS) እንደ ምላሽ ምንጭ ጋዝ ይጠቀማል። የሲሲ ሽፋን ዝቅተኛ ግፊት ባለው የሲቪዲ ሂደት, እና ማይክሮሞፎሎጂ ውስጥ ይቀመጣልየሲቪዲ ሲሲ ሽፋንመዋቅራዊ መጠኑን ለመተንተን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕን በመቃኘት ይስተዋላል።

የግራፋይት ንኡስ ወለል የሙቀት መጠን በጣም ከፍተኛ ስለሆነ መካከለኛው ጋዝ ይሟጠጣል እና ከመሬት በታች ይለቀቃል እና በመጨረሻው ላይ የሚቀረው ሲ እና ሲ የሲሲ ሽፋን ለመፍጠር ጠንካራ ደረጃ SiC ይፈጥራሉ። ከላይ በተጠቀሰው የ CVD-SiC የእድገት ሂደት መሰረት የሙቀት መጠኑ የጋዝ ስርጭትን, የ MTS መበስበስን, ነጠብጣቦችን መፈጠር እና የመካከለኛ ጋዝ መበስበስ እና መፍሰስ ላይ ተጽዕኖ እንደሚያሳድር ሊታይ ይችላል, ስለዚህ የማስቀመጫ የሙቀት መጠን በሲሲ ሽፋን ላይ ባለው ዘይቤ ውስጥ ቁልፍ ሚና ይጫወታል. የአጉሊ መነጽር ሽፋኑ የሽፋኑ ጥግግት በጣም ሊታወቅ የሚችል መገለጫ ነው. ስለዚህ, የተለያዩ የማስቀመጫ ሙቀቶች በ CVD SiC ሽፋን ላይ በአጉሊ መነጽር ስነ-ምግባሮች ላይ ያለውን ተጽእኖ ማጥናት አስፈላጊ ነው. MTS መበስበስ እና የ SiC ሽፋንን በ 900 ~ 1600 ℃ መካከል ማስቀመጥ ስለሚችል ይህ ሙከራ በሲሲሲ ሽፋን ላይ ያለውን ተፅእኖ ለማጥናት የ 900 ℃ ፣ 1000 ℃ ፣ 1100 ℃ ፣ 1200 ℃ እና 1300℃ አምስት የተቀማጭ የሙቀት መጠን ይመርጣል ። ልዩ መለኪያዎች በሰንጠረዥ 3 ውስጥ ይታያሉ። ምስል 2 በተለያየ የሙቀት መጠን የሚበቅለውን የሲቪዲ-ሲሲ ሽፋን በአጉሊ መነጽር ሲታይ ያሳያል።

የማስቀመጫው ሙቀት 900 ℃ ሲሆን ሁሉም ሲሲ ወደ ፋይበር ቅርጾች ያድጋል። የአንድ ነጠላ ፋይበር ዲያሜትር ወደ 3.5μm ያህል እንደሆነ እና የእሱ ገጽታ 3 (<10) ያህል እንደሆነ ማየት ይቻላል. ከዚህም በላይ፣ ስፍር ቁጥር የሌላቸው የናኖ-ሲሲ ቅንጣቶችን ያቀፈ ነው፣ ስለዚህ የ polycrystalline SiC መዋቅር ነው፣ እሱም ከባህላዊ የሲሲ nanowires እና ነጠላ-ክሪስታል ሲሲ ጢስ ጢስኮች የተለየ ነው። ይህ ፋይበር ሲሲ ምክንያታዊ ባልሆኑ የሂደት መለኪያዎች ምክንያት የሚከሰት መዋቅራዊ ጉድለት ነው። ይህ የሲሲ ሽፋን መዋቅር በአንጻራዊነት ልቅ ነው, እና ፋይበር SiC መካከል በርካታ ቁጥር ያላቸው ቀዳዳዎች እንዳሉ ማየት ይቻላል, እና ጥግግት በጣም ዝቅተኛ ነው. ስለዚህ, ይህ የሙቀት መጠን ጥቅጥቅ ያሉ የሲሲክ ሽፋኖችን ለማዘጋጀት ተስማሚ አይደለም. ብዙውን ጊዜ፣ የፋይበር ሲሲ መዋቅራዊ ጉድለቶች የሚከሰቱት በጣም ዝቅተኛ በሆነ የሙቀት መጠን ነው። በዝቅተኛ የሙቀት መጠን, በንጣፉ ወለል ላይ የተጣበቁ ትንንሽ ሞለኪውሎች ዝቅተኛ ጉልበት እና ደካማ የስደት ችሎታ አላቸው. ስለዚህ፣ ትናንሽ ሞለኪውሎች ፈልሰው ወደ ዝቅተኛው የገጽታ የነጻ ኃይል የሲሲ እህል (እንደ የእህሉ ጫፍ) ያድጋሉ። ቀጣይነት ያለው የአቅጣጫ እድገት ውሎ አድሮ ፋይበር የሳይሲ መዋቅራዊ ጉድለቶችን ይፈጥራል።

የሲቪዲ ሲሲ ሽፋን ዝግጅት;

በመጀመሪያ የግራፋይት ንኡስ ክፍል ከፍተኛ ሙቀት ባለው የቫኩም እቶን ውስጥ ይቀመጣል እና በ 1500 ℃ ለ 1 ሰአት በ Ar ከባቢ አየር ውስጥ አመድ እንዲወገድ ይደረጋል. ከዚያም ግራፋይት ማገጃ 15x15x5mm የሆነ የማገጃ ወደ ይቆረጣል, እና ግራፋይት ማገጃ ላይ ላዩን SiC ያለውን ተቀማጭ ላይ ተጽዕኖ ያለውን ወለል ቀዳዳዎች ለማስወገድ 1200-ሜሽ sandpaper ጋር የተወለወለ ነው. የታከመው የግራፋይት ብሎክ በተጣራ ኢታኖል እና በተጣራ ውሃ ይታጠባል፣ ከዚያም ለማድረቅ በ100 ℃ ምድጃ ውስጥ ይቀመጣል። በመጨረሻም, የግራፋይት ንጣፍ ለሲሲ ማስቀመጫ በቧንቧ ምድጃ ዋናው የሙቀት ዞን ውስጥ ይቀመጣል. የኬሚካላዊ የእንፋሎት ማጠራቀሚያ ስርዓት ንድፍ ንድፍ በስእል 1 ይታያል.

የየሲቪዲ ሲሲ ሽፋንየንጥል መጠኑን እና መጠኑን ለመተንተን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕን በመቃኘት ተስተውሏል. በተጨማሪም የሲሲ ሽፋን የማስቀመጫ መጠን በሚከተለው ቀመር መሰረት ይሰላል፡ VSiC=(m2-m1)/(Sxt) x100% VSiC= የማስቀመጫ መጠን; m2 - የጅምላ ሽፋን ናሙና (mg); m1 - የስብስብ ብዛት (mg); የከርሰ ምድር S-surface አካባቢ (mm2); t - የማስቀመጫ ጊዜ (ሰ)።   ሲቪዲ-ሲሲ በአንፃራዊነት የተወሳሰበ ነው ፣ እና ሂደቱ እንደሚከተለው ሊጠቃለል ይችላል-በከፍተኛ ሙቀት ፣ MTS የካርቦን ምንጭ እና የሲሊኮን ምንጭ ትናንሽ ሞለኪውሎችን ለመፍጠር የሙቀት መበስበስን ያካሂዳል። የካርቦን ምንጭ ትናንሽ ሞለኪውሎች በዋናነት CH3, C2H2 እና C2H4 ያካትታሉ, እና የሲሊኮን ምንጭ ትናንሽ ሞለኪውሎች በዋናነት SiCI2, SiCI3, ወዘተ ያካትታሉ. እነዚህ የካርቦን ምንጭ እና የሲሊኮን ምንጭ ትናንሽ ሞለኪውሎች በአገልግሎት አቅራቢው ጋዝ እና በተቀባው ጋዝ ወደ ግራፋይት ወለል ላይ ይጓጓዛሉ ፣ ከዚያም እነዚህ ትናንሽ ሞለኪውሎች በማስታወሻ መልክ በተቀባው ወለል ላይ ይጣበቃሉ ፣ ከዚያም ኬሚካዊ ግብረመልሶች በትንሽ ሞለኪውሎች መካከል ይከሰታሉ ፣ ቀስ በቀስ የሚያድጉ ትናንሽ ጠብታዎች ይፈጥራሉ ፣ እና ጠብታዎቹም እንዲሁ እርስ በእርስ ይዋሃዳሉ። ተረፈ ምርቶች (HCl ጋዝ); የሙቀት መጠኑ ወደ 1000 ℃ ሲጨምር የሲሲ ሽፋን መጠኑ በጣም ይሻሻላል. አብዛኛው ሽፋን በሲሲ እህል (በመጠን 4μm አካባቢ) የተዋቀረ መሆኑን ማየት ይቻላል፣ ነገር ግን አንዳንድ የፋይበር ፋይበር SiC ጉድለቶችም ተገኝተዋል፣ ይህም አሁንም በዚህ የሙቀት መጠን የሲሲ አቅጣጫ እድገት እንዳለ ያሳያል እና ሽፋኑ አሁንም ጥቅጥቅ ያለ አይደለም ። የሙቀት መጠኑ ወደ 1100 ℃ ሲጨምር የሲሲክ ሽፋን በጣም ጥቅጥቅ ያለ እንደሆነ እና የፋይበር ሲሲ ጉድለቶች ሙሉ በሙሉ ጠፍተዋል. ሽፋኑ ከ5 ~ 10μm የሆነ ዲያሜትር ያላቸው ጠብታ ቅርጽ ያላቸው የሲሲ ቅንጣቶች ናቸው ፣ እነሱም በጥብቅ ተጣምረው። የንጥሎቹ ገጽታ በጣም ሻካራ ነው. ስፍር ቁጥር የሌላቸው ናኖ-ሚዛን የሲሲሲ ጥራጥሬዎችን ያቀፈ ነው። በእርግጥ በ1100 ℃ ያለው የሲቪዲ-ሲሲ እድገት ሂደት የጅምላ ዝውውር ቁጥጥር ሆኗል። በንጣፉ ወለል ላይ የተጣበቁት ትናንሽ ሞለኪውሎች ኒውክላይት ለማድረግ እና ወደ ሲሲ እህል ለማደግ በቂ ጉልበት እና ጊዜ አላቸው። የሲሲ እህሎች አንድ ወጥ በሆነ መልኩ ትላልቅ ጠብታዎችን ይፈጥራሉ። ላይ ላዩን ኃይል ያለውን እርምጃ ስር, ጠብታዎች አብዛኞቹ ሉላዊ ይታያሉ, እና ጠብታዎች ጥቅጥቅ SiC ሽፋን ለመመስረት በጥብቅ ይጣመራሉ. የሙቀት መጠኑ ወደ 1200 ℃ ሲጨምር የሲሲ ሽፋኑም ጥቅጥቅ ያለ ነው፣ ነገር ግን የሲሲ ሞርፎሎጂ ባለብዙ ሸርተቴ ይሆናል እና የሽፋኑ ወለል ሻካራ ይመስላል። የሙቀት መጠኑ ወደ 1300 ℃ ሲጨምር፣ 3μm የሆነ ዲያሜትር ያላቸው ብዙ ቁጥር ያላቸው መደበኛ ክብ ቅንጣቶች በግራፋይት ንጣፍ ወለል ላይ ይገኛሉ። ይህ የሆነበት ምክንያት በዚህ የሙቀት መጠን ሲሲ ወደ ጋዝ ደረጃ ኒውክሊየሽን ተለውጧል, እና የ MTS የመበስበስ መጠን በጣም ፈጣን ነው. ትንንሽ ሞለኪውሎች ምላሽ ሰጥተው ሲሲ እህል እንዲፈጠሩ ኑክሌር አድርገው በመሬት ወለል ላይ ከመዋላቸው በፊት። እህሎቹ ክብ ቅንጣቶችን ከፈጠሩ በኋላ፣ ከታች ይወድቃሉ፣ በመጨረሻም ደካማ ጥግግት ያለው የላላ የሲሲክ ቅንጣት ሽፋን ያስከትላል። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው, 1300 ℃ እንደ ጥቅጥቅ ያለ የሲሲ ሽፋን የሙቀት መጠን መጠቀም አይቻልም. አጠቃላይ ንጽጽር እንደሚያሳየው ጥቅጥቅ ያለ የሲሲሲ ሽፋን ከተዘጋጀ, ጥሩው የሲቪዲ ማስቀመጫ ሙቀት 1100 ℃ ነው.

ምስል 3 በተለያየ የሙቀት መጠን ውስጥ የሲቪዲ ሲሲ ሽፋኖችን የማስቀመጫ መጠን ያሳያል. የማስቀመጫ ሙቀት መጠን እየጨመረ በሄደ መጠን የሲሲ ሽፋኑ ቀስ በቀስ ይቀንሳል. በ 900 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ውስጥ ያለው የማስቀመጫ መጠን 0.352 mg h-1 / mm2 ነው, እና የቃጫዎቹ አቅጣጫዊ እድገት ወደ ፈጣን የማከማቻ መጠን ይመራል. ከፍተኛ መጠን ያለው ሽፋን ያለው የማስቀመጫ መጠን 0.179 mg · h-1 / mm2 ነው. በአንዳንድ የሲሲ ቅንጣቶች ክምችት ምክንያት በ 1300 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ውስጥ ያለው የማስቀመጫ መጠን ዝቅተኛው ነው, 0.027 mg · h-1/mm2 ብቻ ነው.   ማጠቃለያ፡ ምርጡ የሲቪዲ ማስቀመጫ ሙቀት 1100 ℃ ነው። ዝቅተኛ የሙቀት መጠን የ SiC አቅጣጫ እድገትን ያበረታታል, ከፍተኛ የሙቀት መጠን ደግሞ ሲሲ የእንፋሎት ክምችት እንዲፈጠር እና አነስተኛ ሽፋን እንዲፈጠር ያደርገዋል. ከተቀማጭ የሙቀት መጠን መጨመር ጋር, የማስቀመጫ መጠንየሲቪዲ ሲሲ ሽፋንቀስ በቀስ ይቀንሳል.