Chì ghjè u rivestimentu CVD in SiC?
A deposizione chimica di vapore (CVD) hè un prucessu di deposizione à vuoto utilizatu per pruduce materiali solidi di alta purezza. Stu prucessu hè spessu utilizatu in u campu di a fabricazione di semiconduttori per furmà film sottili nantu à a superficia di e cialde. In u prucessu di preparazione di carburo di siliciu per CVD, u sustratu hè espostu à unu o più precursori volatili, chì reagiscenu chimicamente nantu à a superficia di u sustratu per deposità i depositi di carburo di siliciu desiderati. Trà i numerosi metudi per preparà materiali di carburo di siliciu, i prudutti preparati per deposizione chimica di vapore anu una uniformità è una purezza più elevate, è stu metudu hà una forte cuntrollabilità di u prucessu. I materiali di carburo di siliciu CVD anu una cumbinazione unica di eccellenti proprietà termiche, elettriche è chimiche, chì li rendenu assai adatti per l'usu in l'industria di i semiconduttori induve sò richiesti materiali ad alte prestazioni. I cumpunenti di carburo di siliciu CVD sò largamente usati in apparecchiature di incisione, apparecchiature MOCVD, apparecchiature epitassiali Si è apparecchiature epitassiali SiC, apparecchiature di trasfurmazione termica rapida è altri campi.
Questu articulu si cuncentra nantu à l'analisi di a qualità di i filmi fini cresciuti à diverse temperature di prucessu durante a preparazione diRivestimentu CVD SiC, per selezziunà a temperatura di prucessu più adatta. L'esperimentu usa a grafite cum'è sustratu è u triclorometilsilanu (MTS) cum'è gasu fonte di reazione. U rivestimentu di SiC hè depositatu per mezu di u prucessu CVD à bassa pressione, è a micromorfologia di uRivestimentu CVD SiChè osservatu per microscopia elettronica à scansione per analizà a so densità strutturale.
Siccome a temperatura di a superficia di u sustratu di grafite hè assai alta, u gasu intermediu serà desorbitu è scaricatu da a superficia di u sustratu, è infine u C è u Si chì restanu nantu à a superficia di u sustratu formeranu SiC in fase solida per furmà un rivestimentu di SiC. Sicondu u prucessu di crescita CVD-SiC sopra, si pò vede chì a temperatura influenzerà a diffusione di u gasu, a decomposizione di MTS, a furmazione di gocce è a desorbzione è a scarica di u gasu intermediu, dunque a temperatura di deposizione ghjucherà un rolu chjave in a morfologia di u rivestimentu di SiC. A morfologia microscopica di u rivestimentu hè a manifestazione più intuitiva di a densità di u rivestimentu. Dunque, hè necessariu studià l'effettu di diverse temperature di deposizione nantu à a morfologia microscopica di u rivestimentu CVD SiC. Siccome MTS pò decompone è deposità u rivestimentu di SiC trà 900 ~ 1600 ℃, questu esperimentu selezziuna cinque temperature di deposizione di 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ è 1300 ℃ per a preparazione di u rivestimentu di SiC per studià l'effettu di a temperatura nantu à u rivestimentu CVD-SiC. I parametri specifichi sò mostrati in a Tavula 3. A Figura 2 mostra a morfologia microscopica di u rivestimentu CVD-SiC cresciutu à diverse temperature di deposizione.
Quandu a temperatura di deposizione hè 900 ℃, tuttu u SiC cresce in forme di fibre. Si pò vede chì u diametru di una sola fibra hè di circa 3,5 μm, è u so rapportu d'aspettu hè di circa 3 (<10). Inoltre, hè cumpostu da innumerevoli nanoparticelle di SiC, dunque appartene à una struttura policristallina di SiC, chì hè diversa da i tradiziunali nanofili di SiC è da i baffi di SiC monocristallini. Stu SiC fibrosu hè un difettu strutturale causatu da parametri di prucessu irragionevuli. Si pò vede chì a struttura di stu rivestimentu di SiC hè relativamente libera, è ci hè un gran numeru di pori trà u SiC fibrosu, è a densità hè assai bassa. Dunque, sta temperatura ùn hè micca adatta per a preparazione di rivestimenti densi di SiC. Di solitu, i difetti strutturali di SiC fibrosu sò causati da una temperatura di deposizione troppu bassa. À basse temperature, e piccule molecule adsorbite nantu à a superficia di u sustratu anu una bassa energia è una scarsa capacità di migrazione. Dunque, e piccule molecule tendenu à migrà è cresce finu à a più bassa energia libera superficiale di i grani di SiC (cum'è a punta di u granu). A crescita direzionale cuntinua forma eventualmente difetti strutturali di SiC fibrosu.
Preparazione di u rivestimentu CVD in SiC:
Prima, u sustratu di grafite hè piazzatu in un fornu à vuoto à alta temperatura è mantinutu à 1500 ℃ per 1 ora in una atmosfera di Ar per a rimuzione di a cennere. Dopu, u bloccu di grafite hè tagliatu in un bloccu di 15x15x5 mm, è a superficia di u bloccu di grafite hè lucidata cù carta vetrata di 1200 maglie per eliminà i pori superficiali chì affettanu a deposizione di SiC. U bloccu di grafite trattatu hè lavatu cù etanolu anidru è acqua distillata, è dopu piazzatu in un fornu à 100 ℃ per l'asciugatura. Infine, u sustratu di grafite hè piazzatu in a zona di temperatura principale di u fornu tubulare per a deposizione di SiC. U diagramma schematicu di u sistema di deposizione chimica à vapore hè mostratu in a Figura 1.
URivestimentu CVD SiChè statu osservatu per microscopia elettronica à scansione per analizà a so dimensione è densità di particelle. Inoltre, a velocità di deposizione di u rivestimentu di SiC hè stata calculata secondu a formula seguente: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC = Tassa di deposizione; m2–massa di u campione di rivestimentu (mg); m1–massa di u substratu (mg); Area di a superficia S di u substratu (mm2); t-u tempu di deposizione (h). U CVD-SiC hè relativamente cumplicatu, è u prucessu pò esse riassuntu cusì: à alta temperatura, MTS subisce una decomposizione termica per furmà piccule molecule di fonte di carbone è di fonte di siliciu. E piccule molecule di fonte di carbone includenu principalmente CH3, C2H2 è C2H4, è e piccule molecule di fonte di siliciu includenu principalmente SiCI2, SiCI3, ecc.; queste piccule molecule di fonte di carbone è di fonte di siliciu saranu poi trasportate à a superficia di u sustratu di grafite da u gasu vettore è u gasu diluente, è dopu queste piccule molecule saranu adsorbite nantu à a superficia di u sustratu in forma di adsorbimentu, è dopu si verificanu reazioni chimiche trà e piccule molecule per furmà piccule goccioline chì crescenu gradualmente, è e goccioline si fonderanu ancu, è a reazione serà accumpagnata da a furmazione di sottoprodotti intermedi (gasu HCl); Quandu a temperatura cresce à 1000 ℃, a densità di u rivestimentu di SiC hè assai migliurata. Si pò vede chì a maiò parte di u rivestimentu hè cumpostu da grani di SiC (circa 4 μm di dimensione), ma si trovanu ancu alcuni difetti fibrosi di SiC, ciò chì mostra chì ci hè sempre una crescita direzionale di SiC à sta temperatura, è u rivestimentu ùn hè ancu abbastanza densu. Quandu a temperatura cresce à 1100 ℃, si pò vede chì u rivestimentu di SiC hè assai densu, è i difetti fibrosi di SiC sò spariti cumpletamente. U rivestimentu hè cumpostu da particelle di SiC in forma di goccia cù un diametru di circa 5 ~ 10 μm, chì sò strettamente cumminate. A superficia di e particelle hè assai ruvida. Hè cumpostu da innumerevoli grani di SiC à nanoscala. In fatti, u prucessu di crescita CVD-SiC à 1100 ℃ hè diventatu cuntrullatu da u trasferimentu di massa. E piccule molecule adsorbite nantu à a superficia di u sustratu anu energia è tempu sufficienti per nucleà è cresce in grani di SiC. I grani di SiC formanu uniformemente grandi gocce. Sottu l'azione di l'energia superficiale, a maiò parte di e gocce appariscenu sferiche, è e gocce sò strettamente cumminate per furmà un densu rivestimentu di SiC. Quandu a temperatura cresce à 1200 ℃, u rivestimentu di SiC hè ancu densu, ma a morfologia di SiC diventa multi-creste è a superficia di u rivestimentu appare più ruvida. Quandu a temperatura cresce à 1300 ℃, un gran numeru di particelle sferiche regulare cù un diametru di circa 3 μm si trovanu nantu à a superficia di u sustratu di grafite. Questu hè perchè à sta temperatura, SiC hè statu trasfurmatu in nucleazione di fase gassosa, è a velocità di decomposizione MTS hè assai rapida. Piccule molecule anu reagitu è nucleatu per furmà grani di SiC prima di esse adsorbiti nantu à a superficia di u sustratu. Dopu chì i grani formanu particelle sferiche, cascanu sottu, risultendu infine in un rivestimentu di particelle di SiC scioltu cù una scarsa densità. Ovviamente, 1300 ℃ ùn ponu esse aduprati cum'è temperatura di furmazione di un rivestimentu densu di SiC. Una paragone cumpleta mostra chì se si deve preparà un rivestimentu densu di SiC, a temperatura ottima di deposizione CVD hè 1100 ℃.
A figura 3 mostra a velocità di deposizione di i rivestimenti CVD di SiC à diverse temperature di deposizione. Cù l'aumentu di a temperatura di deposizione, a velocità di deposizione di u rivestimentu di SiC diminuisce gradualmente. A velocità di deposizione à 900°C hè di 0,352 mg·h-1/mm2, è a crescita direzionale di e fibre porta à a velocità di deposizione più rapida. A velocità di deposizione di u rivestimentu cù a densità più alta hè di 0,179 mg·h-1/mm2. A causa di a deposizione di alcune particelle di SiC, a velocità di deposizione à 1300°C hè a più bassa, solu 0,027 mg·h-1/mm2. Cunclusione: A megliu temperatura di deposizione CVD hè 1100 ℃. A bassa temperatura prumove a crescita direzionale di SiC, mentre chì l'alta temperatura face chì SiC pruduce una deposizione di vapore è risulta in un rivestimentu sparsu. Cù l'aumentu di a temperatura di deposizione, a velocità di deposizione diRivestimentu CVD SiCdiminuisce gradualmente.
Data di publicazione: 26 di maghju di u 2025