Epekto sa Nagkalainlaing Temperatura sa Pagtubo sa CVD SiC Coating

Unsa ang CVD SiC Coating?

Ang chemical vapor deposition (CVD) usa ka proseso sa vacuum deposition nga gigamit sa paghimo og mga solidong materyales nga taas og kaputli. Kini nga proseso kanunay gigamit sa natad sa paggama og semiconductor aron maporma ang nipis nga mga pelikula sa ibabaw sa mga wafer. Sa proseso sa pag-andam sa silicon carbide pinaagi sa CVD, ang substrate gibutyag sa usa o daghan pang dali moalisngaw nga mga precursor, nga mo-react sa kemikal sa ibabaw sa substrate aron ideposito ang gitinguha nga mga deposito sa silicon carbide. Lakip sa daghang mga pamaagi sa pag-andam sa mga materyales sa silicon carbide, ang mga produkto nga giandam pinaagi sa chemical vapor deposition adunay mas taas nga pagkaparehas ug kaputli, ug kini nga pamaagi adunay lig-on nga pagkontrol sa proseso. Ang mga materyales nga CVD silicon carbide adunay talagsaon nga kombinasyon sa maayo kaayong thermal, electrical ug chemical properties, nga naghimo niini nga angay kaayo gamiton sa industriya sa semiconductor diin gikinahanglan ang mga materyales nga taas og performance. Ang mga sangkap sa CVD silicon carbide kay kaylap nga gigamit sa mga kagamitan sa etching, kagamitan sa MOCVD, kagamitan sa Si epitaxial ug kagamitan sa SiC epitaxial, kagamitan sa paspas nga thermal processing ug uban pang mga natad.

Kini nga artikulo nagpunting sa pag-analisar sa kalidad sa nipis nga mga pelikula nga gipatubo sa lainlaing temperatura sa proseso atol sa pag-andam saCVD SiC nga taklap, aron mapili ang labing angay nga temperatura sa proseso. Ang eksperimento naggamit og graphite isip substrate ug trichloromethylsilane (MTS) isip gas nga tinubdan sa reaksyon. Ang SiC coating gideposito pinaagi sa low-pressure CVD process, ug ang micromorphology saCVD SiC nga taklapgiobserbahan pinaagi sa scanning electron microscopy aron analisahon ang densidad sa istruktura niini.

Tungod kay taas kaayo ang temperatura sa ibabaw sa graphite substrate, ang intermediate gas ma-desorp ug ma-discharge gikan sa ibabaw sa substrate, ug sa katapusan ang C ug Si nga nahabilin sa ibabaw sa substrate moporma og solid phase SiC aron maporma ang SiC coating. Sumala sa nahisgutang proseso sa pagtubo sa CVD-SiC, makita nga ang temperatura makaapekto sa pagsabwag sa gas, ang pagkadunot sa MTS, ang pagporma sa mga droplet ug ang pagkadunot ug pagpagawas sa intermediate gas, busa ang deposition temperature adunay hinungdanong papel sa morphology sa SiC coating. Ang microscopic morphology sa coating mao ang labing intuitive nga manipestasyon sa density sa coating. Busa, kinahanglan nga tun-an ang epekto sa lain-laing deposition temperatures sa microscopic morphology sa CVD SiC coating. Tungod kay ang MTS mahimong madunot ug ma-deposito ang SiC coating tali sa 900~1600℃, kini nga eksperimento nagpili og lima ka deposition temperatures nga 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ ug 1300℃ para sa pag-andam sa SiC coating aron tun-an ang epekto sa temperatura sa CVD-SiC coating. Ang mga espesipikong parametro gipakita sa Talaan 3. Ang Hulagway 2 nagpakita sa mikroskopikong morpolohiya sa CVD-SiC coating nga gipatubo sa lain-laing temperatura sa deposition.

Kon ang temperatura sa deposition kay 900℃, ang tanang SiC motubo ngadto sa mga porma sa fiber. Makita nga ang diametro sa usa ka fiber kay mga 3.5μm, ug ang aspect ratio niini kay mga 3 (<10). Dugang pa, kini gilangkoban sa dili maihap nga mga nano-SiC particle, busa kini nahisakop sa usa ka polycrystalline SiC structure, nga lahi sa tradisyonal nga SiC nanowires ug single-crystal SiC whiskers. Kini nga fibrous SiC usa ka depekto sa istruktura nga gipahinabo sa dili makatarunganon nga mga parameter sa proseso. Makita nga ang istruktura niining SiC coating medyo luag, ug adunay daghang mga pores taliwala sa fibrous SiC, ug ang density ubos kaayo. Busa, kini nga temperatura dili angay alang sa pag-andam sa dasok nga SiC coatings. Kasagaran, ang fibrous SiC structural defects gipahinabo sa ubos kaayo nga temperatura sa deposition. Sa ubos nga temperatura, ang gagmay nga mga molekula nga na-adsorb sa ibabaw sa substrate adunay ubos nga enerhiya ug dili maayo nga abilidad sa pagbalhin. Busa, ang gagmay nga mga molekula lagmit nga mobalhin ug motubo ngadto sa labing ubos nga surface free energy sa SiC grains (sama sa tumoy sa grains). Ang padayon nga direksyon sa pagtubo sa kadugayan nagporma og fibrous SiC structural defects.

Pagpangandam sa CVD SiC Coating:

Una, ang graphite substrate gibutang sa usa ka high-temperature vacuum furnace ug gipainit sa 1500℃ sulod sa 1 ka oras sa Ar atmosphere para sa pagtangtang sa abo. Dayon ang graphite block putlon ngadto sa usa ka bloke nga 15x15x5mm, ug ang nawong sa graphite block gipasinaw gamit ang 1200-mesh sandpaper aron matangtang ang mga pores sa nawong nga makaapekto sa deposition sa SiC. Ang gitambalan nga graphite block gihugasan gamit ang anhydrous ethanol ug distilled water, ug dayon gibutang sa oven sa 100℃ para sa pagpauga. Sa katapusan, ang graphite substrate gibutang sa main temperature zone sa tubular furnace para sa SiC deposition. Ang schematic diagram sa chemical vapor deposition system gipakita sa Figure 1.

AngCVD SiC nga taklapgiobserbahan pinaagi sa scanning electron microscopy aron analisahon ang gidak-on ug densidad sa partikulo niini. Dugang pa, ang deposition rate sa SiC coating gikalkulo sumala sa pormula sa ubos: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Katulin sa pagdeposito; m2–masa sa sampol sa patong (mg); m1–masa sa substrate (mg); S-surface area sa substrate (mm2); t-ang oras sa pagdeposito (h).   Ang CVD-SiC medyo komplikado, ug ang proseso mahimong masumaryo sama sa mosunod: sa taas nga temperatura, ang MTS moagi sa thermal decomposition aron maporma ang gagmay nga mga molekula sa carbon source ug silicon source. Ang gagmay nga mga molekula sa carbon source kasagaran naglakip sa CH3, C2H2 ug C2H4, ug ang gagmay nga mga molekula sa silicon source kasagaran naglakip sa SiCI2, SiCI3, ug uban pa; kini nga gagmay nga mga molekula sa carbon source ug silicon source ipadala ngadto sa ibabaw sa graphite substrate pinaagi sa carrier gas ug diluent gas, ug dayon kini nga gagmay nga mga molekula masuhop sa ibabaw sa substrate sa porma sa adsorption, ug dayon ang mga reaksiyon sa kemikal mahitabo taliwala sa gagmay nga mga molekula aron maporma ang gagmay nga mga tinulo nga hinayhinay nga motubo, ug ang mga tinulo mo-fuse usab, ug ang reaksyon ubanan sa pagporma sa mga intermediate by-product (HCl gas); Kon ang temperatura mosaka sa 1000 ℃, ang densidad sa SiC coating mouswag pag-ayo. Makita nga kadaghanan sa coating gilangkoban sa SiC grains (mga 4μm ang gidak-on), apan adunay pipila ka fibrous SiC defects nga makita usab, nga nagpakita nga aduna pa'y direksyon nga pagtubo sa SiC niining temperaturaha, ug ang coating dili pa igo nga dasok. Kon ang temperatura mosaka sa 1100 ℃, makita nga ang SiC coating dasok kaayo, ug ang fibrous SiC defects hingpit nga nawala. Ang coating gilangkoban sa mga droplet-shaped nga SiC particles nga adunay diametro nga mga 5~10μm, nga hugot nga gihiusa. Ang nawong sa mga particles baga kaayo. Kini gilangkoban sa dili maihap nga nano-scale SiC grains. Sa tinuod lang, ang proseso sa pagtubo sa CVD-SiC sa 1100 ℃ nahimo nang kontrolado sa mass transfer. Ang gagmay nga mga molekula nga nasuhop sa nawong sa substrate adunay igo nga kusog ug oras sa pag-nucleate ug pagtubo ngadto sa SiC grains. Ang SiC grains parehas nga nagporma og dagkong mga droplet. Ubos sa aksyon sa enerhiya sa ibabaw, kadaghanan sa mga tinulo makita nga lingin, ug ang mga tinulo hugot nga gihiusa aron maporma ang usa ka dasok nga SiC coating. Kon ang temperatura mosaka ngadto sa 1200℃, ang SiC coating dasok usab, apan ang morpolohiya sa SiC mahimong multi-ridged ug ang nawong sa coating makita nga mas bagis. Kon ang temperatura mosaka ngadto sa 1300℃, daghang regular nga spherical particles nga adunay diametro nga mga 3μm ang makita sa nawong sa graphite substrate. Kini tungod kay niining temperaturaha, ang SiC nabag-o ngadto sa gas phase nucleation, ug ang MTS decomposition rate paspas kaayo. Ang gagmay nga mga molekula nag-react ug nag-nucleate aron maporma ang SiC grains sa dili pa kini ma-adsorb sa substrate surface. Human ang mga grains maporma ang spherical particles, kini mahulog sa ubos, nga sa ngadto-ngadto moresulta sa usa ka luag nga SiC particle coating nga adunay ubos nga density. Klaro nga ang 1300℃ dili magamit isip temperatura sa pagporma sa dense SiC coating. Ang komprehensibo nga pagtandi nagpakita nga kon ang dense SiC coating andamon, ang labing maayo nga CVD deposition temperature mao ang 1100℃.

Ang Figure 3 nagpakita sa deposition rate sa CVD SiC coatings sa lain-laing deposition temperatures. Samtang motaas ang deposition temperature, ang deposition rate sa SiC coating anam-anam nga mokunhod. Ang deposition rate sa 900°C kay 0.352 mg·h-1/mm2, ug ang directional growth sa mga fibers mosangpot sa pinakapaspas nga deposition rate. Ang deposition rate sa coating nga adunay pinakataas nga densidad kay 0.179 mg·h-1/mm2. Tungod sa deposition sa pipila ka SiC particles, ang deposition rate sa 1300°C mao ang pinakaubos, 0.027 mg·h-1/mm2 lang.   Konklusyon: Ang pinakamaayong temperatura sa pagdeposito sa CVD kay 1100℃. Ang ubos nga temperatura mopadali sa pagtubo sa SiC, samtang ang taas nga temperatura moresulta sa SiC sa paghimo og vapor deposition ug moresulta sa sparse coating. Uban sa pagtaas sa temperatura sa pagdeposito, ang deposition rate saCVD SiC nga taklaphinay-hinay nga mokunhod.