CVD SiC örtük nədir?
Kimyəvi buxar çökmə (CVD) yüksək saflıqda bərk materialların istehsalı üçün istifadə edilən vakuum çökmə prosesidir. Bu proses tez-tez yarımkeçirici istehsal sahəsində vaflilərin səthində nazik filmlər yaratmaq üçün istifadə olunur. CVD ilə silisium karbidinin hazırlanması prosesində substrat bir və ya bir neçə uçucu prekursorun təsirinə məruz qalır ki, bu da substratın səthində istənilən silisium karbid yataqlarını çökdürmək üçün kimyəvi reaksiya verir. Silikon karbid materiallarının hazırlanması üçün bir çox üsullar arasında kimyəvi buxarın çökdürülməsi ilə hazırlanan məhsullar daha yüksək vahidliyə və təmizliyə malikdir və bu üsul güclü prosesə nəzarət qabiliyyətinə malikdir. CVD silisium karbid materialları əla istilik, elektrik və kimyəvi xassələrin unikal birləşməsinə malikdir və bu, onları yüksək məhsuldar materialların tələb olunduğu yarımkeçirici sənayedə istifadə üçün çox əlverişli edir. CVD silisium karbid komponentləri aşındırma avadanlıqlarında, MOCVD avadanlıqlarında, Si epitaksial avadanlıqlarda və SiC epitaksial avadanlıqlarda, sürətli istilik emal avadanlıqlarında və digər sahələrdə geniş istifadə olunur.
Bu məqalə hazırlanarkən müxtəlif proses temperaturlarında yetişən nazik təbəqələrin keyfiyyətinin təhlilinə yönəlmişdir.CVD SiC örtüyü, ən uyğun proses temperaturunu seçmək üçün. Təcrübədə substrat kimi qrafit və reaksiya mənbəyi qazı kimi triklorometilsilan (MTS) istifadə olunur. SiC örtüyü aşağı təzyiqli CVD prosesi və mikromorfologiya ilə çökdürülürCVD SiC örtüyüstruktur sıxlığını təhlil etmək üçün skan edilmiş elektron mikroskopiya ilə müşahidə olunur.
Qrafit substratın səthinin temperaturu çox yüksək olduğundan, aralıq qaz substratın səthindən desorbsiya edilərək boşaldılacaq və nəhayət substratın səthində qalan C və Si SiC örtüyü yaratmaq üçün bərk faza SiC əmələ gətirəcək. Yuxarıda göstərilən CVD-SiC böyümə prosesinə əsasən, temperaturun qazın yayılmasına, MTS-nin parçalanmasına, damcıların əmələ gəlməsinə və aralıq qazın desorbsiyasına və boşalmasına təsir edəcəyini görmək olar, buna görə də çökmə temperaturu SiC örtüyünün morfologiyasında əsas rol oynayacaqdır. Kaplamanın mikroskopik morfologiyası örtüyün sıxlığının ən intuitiv təzahürüdür. Buna görə də, müxtəlif çökmə temperaturlarının CVD SiC örtüyünün mikroskopik morfologiyasına təsirini öyrənmək lazımdır. MTS SiC örtüyünü 900~1600℃ arasında parçalaya və yatıra bildiyindən, bu təcrübə CiC örtüyünün temperaturun CVD örtüyünə təsirini öyrənmək üçün SiC örtüyünün hazırlanması üçün 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ və 1300℃ beş çökmə temperaturunu seçir. Xüsusi parametrlər Cədvəl 3-də göstərilmişdir. Şəkil 2 müxtəlif çökmə temperaturlarında yetişdirilən CVD-SiC örtüyünün mikroskopik morfologiyasını göstərir.
Çökmə temperaturu 900 ℃ olduqda, bütün SiC lif formasına çevrilir. Görünür ki, tək lifin diametri təxminən 3,5 μm, aspekt nisbəti isə təxminən 3 (<10) təşkil edir. Üstəlik, o, saysız-hesabsız nano-SiC hissəciklərindən ibarətdir, buna görə də ənənəvi SiC nanotellərindən və tək kristal SiC bığlarından fərqli olan polikristal SiC strukturuna aiddir. Bu lifli SiC əsassız proses parametrlərinin səbəb olduğu struktur qüsurudur. Görünür ki, bu SiC örtüyünün strukturu nisbətən boşdur və lifli SiC arasında çoxlu sayda məsamələr var və sıxlığı çox aşağıdır. Buna görə də, bu temperatur sıx SiC örtüklərinin hazırlanması üçün uyğun deyil. Adətən, lifli SiC struktur qüsurları çox aşağı çökmə temperaturundan qaynaqlanır. Aşağı temperaturda substratın səthində adsorbsiya olunan kiçik molekullar aşağı enerji və zəif miqrasiya qabiliyyətinə malikdir. Buna görə də, kiçik molekullar köç etməyə və SiC taxıllarının ən aşağı səthi sərbəst enerjisinə (məsələn, taxılın ucu kimi) böyüməyə meyllidirlər. Davamlı istiqamətli artım nəticədə lifli SiC struktur qüsurlarını əmələ gətirir.
CVD SiC örtüyünün hazırlanması:
Birincisi, qrafit substratı yüksək temperaturlu vakuum sobasına yerləşdirilir və külün çıxarılması üçün Ar atmosferində 1500 ℃ temperaturda 1 saat saxlanılır. Sonra qrafit bloku 15x15x5 mm ölçülü bloka kəsilir və SiC-nin çökməsinə təsir edən səth məsamələrini aradan qaldırmaq üçün qrafit blokunun səthi 1200 mesh zımpara ilə cilalanır. Təmizlənmiş qrafit blok susuz etanol və distillə edilmiş su ilə yuyulur və sonra qurudulmaq üçün 100 ° C-də sobaya qoyulur. Nəhayət, qrafit substratı SiC çöküntüsü üçün boru sobasının əsas temperatur zonasına yerləşdirilir. Kimyəvi buxar çökdürmə sisteminin sxematik diaqramı Şəkil 1-də göstərilmişdir.
TheCVD SiC örtüyühissəcik ölçüsünü və sıxlığını təhlil etmək üçün elektron mikroskopiya vasitəsilə müşahidə edilmişdir. Bundan əlavə, SiC örtüyünün çökmə dərəcəsi aşağıdakı düstura görə hesablanır: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Çökmə dərəcəsi; m2 – örtük nümunəsinin kütləsi (mq); m1 – substratın kütləsi (mq); Substratın S-səth sahəsi (mm2); t-çökmə vaxtı (h). CVD-SiC nisbətən mürəkkəbdir və prosesi aşağıdakı kimi ümumiləşdirmək olar: yüksək temperaturda MTS karbon mənbəyi və silikon mənbəli kiçik molekullar yaratmaq üçün termal parçalanmaya məruz qalacaq. Karbon mənbəyi kiçik molekullar əsasən CH3, C2H2 və C2H4, silikon mənbəyi kiçik molekullar əsasən SiCI2, SiCI3 və s. daxildir; bu karbon mənbəyi və silisium mənbəyi olan kiçik molekullar daha sonra daşıyıcı qaz və seyreltici qaz vasitəsilə qrafit substratın səthinə daşınacaq və sonra bu kiçik molekullar adsorbsiya şəklində substratın səthinə adsorbsiya ediləcək və sonra kiçik molekullar arasında kimyəvi reaksiyalar baş verəcək və kiçik damlacıqlar əmələ gələcək və reaksiya da tədricən böyüyəcək və damlacıqlar əmələ gələcək. aralıq əlavə məhsulların (HCl qazı) meydana gəlməsi ilə müşayiət olunur; Temperatur 1000 ℃-ə yüksəldikdə, SiC örtüyünün sıxlığı xeyli yaxşılaşır. Görünür ki, örtüyün böyük hissəsi SiC dənələrindən ibarətdir (ölçüsü təxminən 4μm), lakin bəzi lifli SiC qüsurları da aşkar edilir ki, bu da göstərir ki, bu temperaturda SiC-nin hələ də istiqamətli artımı var və örtük hələ də kifayət qədər sıx deyil. Temperatur 1100 ℃-ə yüksəldikdə, SiC örtüyünün çox sıx olduğunu və lifli SiC qüsurlarının tamamilə yox olduğunu görmək olar. Kaplama diametri təxminən 5~10μm olan damcı formalı SiC hissəciklərindən ibarətdir və onlar sıx birləşir. Hissəciklərin səthi çox kobuddur. O, saysız-hesabsız nanoölçülü SiC taxıllarından ibarətdir. Əslində, 1100 ℃-də CVD-SiC böyümə prosesi kütləvi transfer nəzarətinə çevrildi. Substratın səthində adsorbsiya edilmiş kiçik molekullar nüvələşərək SiC taxıllarına çevrilmək üçün kifayət qədər enerji və vaxta malikdir. SiC dənələri bərabər şəkildə böyük damcılar əmələ gətirir. Səth enerjisinin təsiri altında damcıların əksəriyyəti sferik görünür və damcılar sıx bir SiC örtüyü yaratmaq üçün sıx birləşir. Temperatur 1200℃-ə yüksəldikdə SiC örtüyü də sıx olur, lakin SiC morfologiyası çoxşaxəli olur və örtüyün səthi daha kobud görünür. Temperatur 1300 ° C-ə qədər yüksəldikdə, qrafit substratının səthində diametri təxminən 3 μm olan çoxlu sayda müntəzəm sferik hissəciklər aşkar edilir. Çünki bu temperaturda SiC qaz fazasının nüvələşməsinə çevrilmişdir və MTS-nin parçalanma sürəti çox sürətlidir. Kiçik molekullar substrat səthində adsorbsiya edilməzdən əvvəl SiC taxılları yaratmaq üçün reaksiya verdilər və nüvələşdilər. Taxıllar sferik hissəciklər əmələ gətirdikdən sonra aşağı düşəcək və nəticədə zəif sıxlığa malik boş SiC hissəcik örtüyü ilə nəticələnəcək. Aydındır ki, 1300 ℃ sıx SiC örtüyünün formalaşma temperaturu kimi istifadə edilə bilməz. Hərtərəfli müqayisə göstərir ki, sıx SiC örtüyü hazırlanacaqsa, optimal CVD çökmə temperaturu 1100 ℃-dir.
Şəkil 3 müxtəlif çökmə temperaturlarında CVD SiC örtüklərinin çökmə sürətini göstərir. Çökmə temperaturu artdıqca, SiC örtüyünün çökmə sürəti tədricən azalır. 900°C-də çökmə sürəti 0,352 mg·h-1/mm2 təşkil edir və liflərin istiqamətli böyüməsi ən sürətli çökmə sürətinə gətirib çıxarır. Ən yüksək sıxlığa malik olan örtünün çökmə dərəcəsi 0,179 mg·h-1/mm2 təşkil edir. Bəzi SiC hissəciklərinin çökməsi ilə əlaqədar olaraq 1300°C-də çökmə sürəti ən aşağıdır, cəmi 0,027 mg·h-1/mm2. Nəticə: Ən yaxşı CVD çökmə temperaturu 1100 ℃-dir. Aşağı temperatur SiC-nin istiqamətli artımına kömək edir, yüksək temperatur isə SiC-də buxar çöküntüsü əmələ gətirir və seyrək örtüklə nəticələnir. Çökmə temperaturunun artması ilə çökmə sürətiCVD SiC örtüyütədricən azalır.
Göndərmə vaxtı: 26 may 2025-ci il