Kio estas CVD SiC-tegaĵo?
Kemia vapora deponado (KVD) estas vakua deponada procezo uzata por produkti altpurecajn solidajn materialojn. Ĉi tiu procezo ofte estas uzata en la kampo de duonkonduktaĵa fabrikado por formi maldikajn filmojn sur la surfaco de obleoj. En la procezo de preparado de silicia karbido per KVD, la substrato estas eksponita al unu aŭ pluraj volatilaj antaŭuloj, kiuj reagas kemie sur la surfaco de la substrato por deponi la deziratajn siliciajn karbidajn deponejojn. Inter la multaj metodoj por preparado de siliciaj karbidaj materialoj, la produktoj preparitaj per kemia vapora deponado havas pli altan homogenecon kaj purecon, kaj ĉi tiu metodo havas fortan procezan kontroleblecon. CVD-siliciokarbidaj materialoj havas unikan kombinaĵon de bonegaj termikaj, elektraj kaj kemiaj ecoj, kio igas ilin tre taŭgaj por uzo en la duonkonduktaĵa industrio, kie necesas alt-efikecaj materialoj. CVD-siliciokarbidaj komponantoj estas vaste uzataj en gravuraj ekipaĵoj, MOCVD-ekipaĵoj, Si-epitaksaj ekipaĵoj kaj SiC-epitaksaj ekipaĵoj, rapidaj termikaj prilaboraj ekipaĵoj kaj aliaj kampoj.
Ĉi tiu artikolo fokusiĝas al analizado de la kvalito de maldikaj filmoj kreskigitaj je malsamaj proceztemperaturoj dum la preparado deCVD SiC-tegaĵo, por elekti la plej taŭgan procezan temperaturon. La eksperimento uzas grafiton kiel substraton kaj triklorometilsilanon (MTS) kiel la reakcian fontgason. La SiC-tegaĵo estas deponita per malaltprema CVD-procezo, kaj la mikromorfologio de laCVD SiC-tegaĵoestas observata per skana elektrona mikroskopio por analizi ĝian strukturan densecon.
Ĉar la surfaca temperaturo de la grafita substrato estas tre alta, la meza gaso estos desorbita kaj eligita de la substrata surfaco, kaj fine la C kaj Si restantaj sur la substrata surfaco formos solidan fazon de SiC por formi SiC-tegaĵon. Laŭ la supre menciita CVD-SiC-kreskoprocezo, oni povas vidi, ke temperaturo influos la difuzon de gaso, la malkomponiĝon de MTS, la formadon de gutetoj kaj la desorbadon kaj eligon de meza gaso, do la depozicia temperaturo ludos ŝlosilan rolon en la morfologio de la SiC-tegaĵo. La mikroskopa morfologio de la tegaĵo estas la plej intuicia manifestiĝo de la denseco de la tegaĵo. Tial necesas studi la efikon de malsamaj depoziciaj temperaturoj sur la mikroskopan morfologion de CVD-SiC-tegaĵo. Ĉar MTS povas malkomponi kaj deponi SiC-tegaĵon inter 900~1600℃, ĉi tiu eksperimento elektas kvin depoziciajn temperaturojn de 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ kaj 1300℃ por la preparado de SiC-tegaĵo por studi la efikon de temperaturo sur CVD-SiC-tegaĵo. La specifaj parametroj estas montritaj en Tabelo 3. Figuro 2 montras la mikroskopan morfologion de CVD-SiC-tegaĵo kreskigita ĉe malsamaj depoziciaj temperaturoj.
Kiam la depozicia temperaturo estas 900℃, ĉiu SiC kreskas en fibroformojn. Videblas, ke la diametro de unuopa fibro estas ĉirkaŭ 3.5μm, kaj ĝia bildformato estas ĉirkaŭ 3 (<10). Krome, ĝi konsistas el sennombraj nano-SiC-partikloj, do ĝi apartenas al polikristala SiC-strukturo, kiu diferencas de la tradiciaj SiC-nanodratoj kaj unu-kristalaj SiC-lipharoj. Ĉi tiu fibreca SiC estas struktura difekto kaŭzita de nejustaj procezparametroj. Videblas, ke la strukturo de ĉi tiu SiC-tegaĵo estas relative loza, kaj ekzistas granda nombro da poroj inter la fibreca SiC, kaj la denseco estas tre malalta. Tial, ĉi tiu temperaturo ne taŭgas por la preparado de densaj SiC-tegaĵoj. Kutime, fibrecaj SiC-strukturaj difektoj estas kaŭzitaj de tro malalta depozicia temperaturo. Ĉe malaltaj temperaturoj, la malgrandaj molekuloj adsorbitaj sur la surfaco de la substrato havas malaltan energion kaj malbonan migradkapablon. Tial, malgrandaj molekuloj emas migri kaj kreski al la plej malalta surfaca libera energio de SiC-grenoj (kiel ekzemple la pinto de la greno). Kontinua direkta kresko fine formas fibrecajn SiC-strukturajn difektojn.
Preparado de CVD SiC-tegaĵo:
Unue, la grafita substrato estas metita en alt-temperaturan vakuan fornon kaj tenita je 1500℃ dum 1 horo en Ar-atmosfero por cindroforigo. Poste la grafita bloko estas tranĉita en blokon de 15x15x5mm, kaj la surfaco de la grafita bloko estas polurita per 1200-maŝa sablopapero por forigi la surfacajn porojn, kiuj influas la deponadon de SiC. La traktita grafita bloko estas lavita per anhidra etanolo kaj distilita akvo, kaj poste metita en fornon je 100℃ por sekigado. Fine, la grafita substrato estas metita en la ĉefan temperaturzonon de la tubforma forno por SiC-deponado. La skemo de la kemia vapora deponada sistemo estas montrita en Figuro 1.
LaCVD SiC-tegaĵoestis observita per skana elektrona mikroskopio por analizi ĝian partiklan grandecon kaj densecon. Krome, la deponiĝofteco de la SiC-tegaĵo estis kalkulita laŭ la jena formulo: VSiC=(m²-m¹)/(Sxt)x100% VSiC = Depozicia indico; m²–maso de la tegaĵa specimeno (mg); m1–maso de la substrato (mg); S-surfaca areo de la substrato (mm²); t-la depozicia tempo (h). CVD-SiC estas relative komplika, kaj la procezo povas esti resumita jene: ĉe alta temperaturo, MTS spertos termikan putriĝon por formi karbonfontajn kaj silicifontajn malgrandajn molekulojn. La karbonfontaj malgrandaj molekuloj ĉefe inkluzivas CH3, C2H2 kaj C2H4, kaj la silicifontaj malgrandaj molekuloj ĉefe inkluzivas SiCI2, SiCI3, ktp.; ĉi tiuj karbonfontaj kaj silicifontaj malgrandaj molekuloj tiam estos transportitaj al la surfaco de la grafita substrato per la portanta gaso kaj la dilua gaso, kaj poste ĉi tiuj malgrandaj molekuloj estos adsorbitaj sur la surfaco de la substrato en la formo de adsorbo, kaj poste kemiaj reakcioj okazos inter la malgrandaj molekuloj por formi malgrandajn gutetojn, kiuj iom post iom kreskas, kaj la gutetoj ankaŭ kunfandiĝos, kaj la reakcio estos akompanata de la formado de mezaj kromproduktoj (HCl-gaso); Kiam la temperaturo altiĝas al 1000 ℃, la denseco de la SiC-tegaĵo multe pliboniĝas. Videblas, ke plejparto de la tegaĵo konsistas el SiC-grajnoj (ĉirkaŭ 4μm grandaj), sed ankaŭ troviĝas iuj fibrecaj SiC-difektoj, kio montras, ke ankoraŭ ekzistas direkta kresko de SiC je ĉi tiu temperaturo, kaj la tegaĵo ankoraŭ ne estas sufiĉe densa. Kiam la temperaturo altiĝas al 1100 ℃, videblas, ke la SiC-tegaĵo estas tre densa, kaj la fibrecaj SiC-difektoj tute malaperis. La tegaĵo konsistas el gutetoformaj SiC-partikloj kun diametro de ĉirkaŭ 5~10μm, kiuj estas dense kombinitaj. La surfaco de la partikloj estas tre malglata. Ĝi konsistas el sennombraj nanoskalaj SiC-grajnoj. Fakte, la CVD-SiC-kreskoprocezo je 1100 ℃ fariĝis kontrolita per amasa transdono. La malgrandaj molekuloj adsorbitaj sur la surfaco de la substrato havas sufiĉan energion kaj tempon por nukleado kaj kreskado en SiC-grajnojn. La SiC-grajnoj unuforme formas grandajn gutetojn. Sub la ago de surfaca energio, la plej multaj gutetoj aspektas sferaj, kaj la gutetoj estas dense kombinitaj por formi densan SiC-tegaĵon. Kiam la temperaturo altiĝas al 1200℃, la SiC-tegaĵo ankaŭ fariĝas densa, sed la SiC-morfologio fariĝas mult-kresta kaj la surfaco de la tegaĵo aspektas pli malglata. Kiam la temperaturo altiĝas al 1300℃, granda nombro da regulaj sferaj partikloj kun diametro de ĉirkaŭ 3μm troviĝas sur la surfaco de la grafita substrato. Ĉi tio estas ĉar je tiu temperaturo, SiC transformiĝis en gasfazan nukleadon, kaj la MTS-putriĝrapideco estas tre rapida. Malgrandaj molekuloj reagis kaj nukleas por formi SiC-grenojn antaŭ ol ili adsorbiĝas sur la substratan surfacon. Post kiam la grenoj formas sferajn partiklojn, ili falos suben, finfine rezultante en loza SiC-partikla tegaĵo kun malbona denseco. Evidente, 1300℃ ne povas esti uzata kiel la formiĝtemperaturo de densa SiC-tegaĵo. Ampleksa komparo montras, ke se densa SiC-tegaĵo estas preparota, la optimuma CVD-depona temperaturo estas 1100℃.
Figuro 3 montras la depozician rapidon de CVD SiC-tegaĵoj ĉe malsamaj depoziciaj temperaturoj. Dum la depozicia temperaturo pliiĝas, la depozicia rapido de la SiC-tegaĵo iom post iom malpliiĝas. La depozicia rapido je 900°C estas 0,352 mg·h-1/mm2, kaj la direkta kresko de la fibroj kondukas al la plej rapida depozicia rapido. La depozicia rapido de la tegaĵo kun la plej alta denseco estas 0,179 mg·h-1/mm2. Pro la depoziciado de iuj SiC-partikloj, la depozicia rapido je 1300°C estas la plej malalta, nur 0,027 mg·h-1/mm2. Konkludo: La plej bona temperaturo por CVD-deponado estas 1100℃. Malalta temperaturo antaŭenigas la direktan kreskon de SiC, dum alta temperaturo kaŭzas, ke SiC produktas vaporan deponadon kaj rezultas en maldensa tegaĵo. Kun la pliiĝo de la deponada temperaturo, la deponada rapideco deCVD SiC-tegaĵoiom post iom malpliiĝas.
Afiŝtempo: 26-a de majo 2025