Zer da CVD SiC estaldura?
Lurrun-deposizio kimikoa (CVD) hutsean deposizio prozesu bat da, material solido puruak ekoizteko erabiltzen dena. Prozesu hau askotan erabiltzen da erdieroaleen fabrikazio arloan, waferren gainazalean film meheak eratzeko. CVD bidez silizio karburoa prestatzeko prozesuan, substratua aitzindari lurrunkor bat edo gehiagoren eraginpean jartzen da, eta hauek kimikoki erreakzionatzen dute substratuaren gainazalean nahi diren silizio karburo gordailuak metatzeko. Silizio karburo materialak prestatzeko metodo askoren artean, lurrun-deposizio kimikoaren bidez prestatutako produktuek uniformetasun eta purutasun handiagoa dute, eta metodo honek prozesuaren kontrolagarritasun handia du. CVD silizio karburo materialek propietate termiko, elektriko eta kimiko bikainak konbinatzen dituzte, eta horrek oso egokiak bihurtzen ditu errendimendu handiko materialak behar diren erdieroaleen industrian erabiltzeko. CVD silizio karburo osagaiak oso erabiliak dira grabatzeko ekipoetan, MOCVD ekipoetan, Si epitaxial ekipoetan eta SiC epitaxial ekipoetan, prozesamendu termiko azkarreko ekipoetan eta beste arlo batzuetan.
Artikulu honek prozesu-tenperatura desberdinetan hazitako film meheen kalitatea aztertzean jartzen du arreta.CVD SiC estaldura, prozesu-tenperatura egokiena hautatzeko. Esperimentuak grafitoa erabiltzen du substratu gisa eta triklorometilsilanoa (MTS) erreakzio-iturri-gas gisa. SiC estaldura presio baxuko CVD prozesu baten bidez metatzen da, eta mikromorfologiaCVD SiC estalduramikroskopia elektroniko bidez behatzen da bere egitura-dentsitatea aztertzeko.
Grafito substratuaren gainazaleko tenperatura oso altua denez, tarteko gasa substratuaren gainazaletik desorbatu eta askatu egingo da, eta azkenik substratuaren gainazalean geratzen diren C eta Si-k fase solidoko SiC osatuko dute SiC estaldura osatzeko. Goiko CVD-SiC hazkuntza prozesuaren arabera, ikus daiteke tenperaturak gasaren difusioan, MTS-ren deskonposizioan, tanten eraketan eta tarteko gasaren desortzioan eta askapenean eragina izango duela, beraz, deposizio tenperaturak funtsezko zeregina izango du SiC estalduraren morfologian. Estalduraren morfologia mikroskopikoa da estalduraren dentsitatearen adierazpen intuitiboena. Hori dela eta, beharrezkoa da deposizio tenperatura desberdinek CVD SiC estalduraren morfologia mikroskopikoan duten eragina aztertzea. MTS-k SiC estaldura deskonposatu eta metatu dezakeenez 900~1600℃ artean, esperimentu honek bost deposizio tenperatura hautatzen ditu: 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ eta 1300℃ SiC estaldura prestatzeko, tenperaturak CVD-SiC estalduran duen eragina aztertzeko. Parametro espezifikoak 3. taulan ageri dira. 2. irudiak CVD-SiC estalduraren morfologia mikroskopikoa erakusten du, deposizio-tenperatura desberdinetan hazi dena.
Deposizio-tenperatura 900 ℃-tan dagoenean, SiC guztia zuntz-formak hartzen ditu. Ikus daiteke zuntz bakar baten diametroa 3,5 μm ingurukoa dela, eta bere alderdi-erlazioa 3 ingurukoa dela (<10). Gainera, nano-SiC partikula ugariz osatuta dago, beraz, SiC egitura polikristalino batekoa da, SiC nanohari tradizionalen eta kristal bakarreko SiC whisker-en desberdina dena. SiC zuntz hau prozesu-parametro desegokiek eragindako egitura-akatsa da. Ikus daiteke SiC estaldura honen egitura nahiko soltea dela, eta SiC zuntz-aren artean poro ugari daudela, eta dentsitatea oso baxua dela. Beraz, tenperatura hau ez da egokia SiC estaldura trinkoak prestatzeko. Normalean, SiC zuntz-aren egitura-akatsak deposizio-tenperatura baxuegiak eragiten ditu. Tenperatura baxuetan, substratuaren gainazalean adsorbatutako molekula txikiek energia baxua eta migrazio-ahalmen eskasa dute. Beraz, molekula txikiek migratu eta SiC aleen gainazaleko energia libre baxuenera hazten dira (alearen punta, adibidez). Hazkunde norabidezko jarraituak azkenean SiC zuntz-aren egitura-akatsak sortzen ditu.
CVD SiC estalduraren prestaketa:
Lehenik eta behin, grafito substratua tenperatura altuko huts-labe batean jartzen da eta 1500 ℃-tan mantentzen da ordubetez Ar atmosferan errautsak kentzeko. Ondoren, grafito blokea 15x15x5 mm-ko bloke batean mozten da, eta grafito blokearen gainazala 1200 sareko lixa-paperarekin leuntzen da SiC-ren deposizioan eragina duten gainazaleko poroak ezabatzeko. Tratatutako grafito blokea etanol anhidroarekin eta ur destilatuarekin garbitzen da, eta ondoren 100 ℃-tan labe batean sartzen da lehortzeko. Azkenik, grafito substratua hodi-labearen tenperatura-zona nagusian jartzen da SiC deposiziorako. Lurrun kimiko bidezko deposizio-sistemaren eskema 1. irudian ageri da.
TheCVD SiC estaldurapartikulen tamaina eta dentsitatea aztertzeko eskaneatze-mikroskopio elektroniko bidez behatu zen. Horrez gain, SiC estalduraren deposizio-tasa beheko formularen arabera kalkulatu zen: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Deposizio-tasa; m2–estaldura-laginaren masa (mg); m1–substratuaren masa (mg); Substratuaren S gainazalaren azalera (mm2); t-deposizio-denbora (h). CVD-SiC nahiko konplexua da, eta prozesua honela laburbil daiteke: tenperatura altuan, MTS-k deskonposizio termikoa jasango du karbono-iturri eta silizio-iturri molekula txikiak sortzeko. Karbono-iturri molekula txikiek batez ere CH3, C2H2 eta C2H4 dituzte, eta silizio-iturri molekula txikiek batez ere SiCI2, SiCI3, etab. dituzte; karbono-iturri eta silizio-iturri molekula txiki hauek grafito-substratuaren gainazalera garraiatuko dira garraiatzaile-gasaren eta diluitzaile-gasaren bidez, eta ondoren molekula txiki hauek substratuaren gainazalean adsorzio moduan adsorbatuko dira, eta ondoren erreakzio kimikoak gertatuko dira molekula txikien artean pixkanaka hazten diren tanta txikiak sortzeko, eta tantak ere fusionatuko dira, eta erreakzioarekin batera tarteko azpiproduktuak (HCl gasa) sortuko dira; Tenperatura 1000 ℃-ra igotzen denean, SiC estalduraren dentsitatea asko hobetzen da. Ikus daiteke estalduraren zatirik handiena SiC aleez osatuta dagoela (4 μm inguruko tamainakoak), baina SiC zuntz akats batzuk ere aurkitzen dira, eta horrek erakusten du tenperatura horretan SiC-ren norabide-hazkuntza oraindik badagoela, eta estaldura oraindik ez dela nahikoa trinkoa. Tenperatura 1100 ℃-ra igotzen denean, ikus daiteke SiC estaldura oso trinkoa dela, eta SiC zuntz akatsak erabat desagertu direla. Estaldura 5~10 μm inguruko diametroa duten tanta formako SiC partikulez osatuta dago, eta oso lotuta daude. Partikulen gainazala oso zakarra da. Nanoeskalako SiC ale ugariz osatuta dago. Izan ere, 1100 ℃-tan CVD-SiC hazkuntza prozesua masa-transferentzia kontrolatua bihurtu da. Substratuaren gainazalean adsorbatutako molekula txikiek energia eta denbora nahikoa dute nukleatzeko eta SiC aleetan hazteko. SiC aleek tanta handiak eratzen dituzte uniformeki. Gainazaleko energiaren eraginpean, tanta gehienak esferikoak agertzen dira, eta tantak estuki elkartuta daude SiC estaldura trinko bat osatzeko. Tenperatura 1200 ℃-ra igotzen denean, SiC estaldura ere trinkoa da, baina SiC morfologia ildaska anitzekoa bihurtzen da eta estalduraren gainazala zakarragoa agertzen da. Tenperatura 1300 ℃-ra igotzen denean, 3 μm inguruko diametroa duten partikula esferiko erregular ugari aurkitzen dira grafito substratuaren gainazalean. Hau tenperatura horretan SiC gas faseko nukleaziora eraldatu delako da, eta MTS deskonposizio-tasa oso azkarra delako. Molekula txikiek erreakzionatu eta nukleatu egin dira SiC aleak sortzeko substratuaren gainazalean adsorbatu aurretik. Aleek partikula esferikoak eratu ondoren, azpitik eroriko dira, azkenean dentsitate eskaseko SiC partikula estaldura solte bat sortuz. Jakina, 1300 ℃ ezin da erabili SiC estaldura trinkoaren eraketa-tenperatura gisa. Konparazio zabalak erakusten du SiC estaldura trinkoa prestatu behar bada, CVD deposizio-tenperatura optimoa 1100 ℃ dela.
3. irudiak CVD SiC estalduren deposizio-tasa erakusten du deposizio-tenperatura desberdinetan. Deposizio-tenperatura handitzen den heinean, SiC estalduraren deposizio-tasa pixkanaka gutxitzen da. 900 °C-tan deposizio-tasa 0,352 mg·h-1/mm2 da, eta zuntzen norabide-hazkundeak deposizio-tasa azkarrena dakar. Dentsitate handiena duen estalduraren deposizio-tasa 0,179 mg·h-1/mm2 da. SiC partikula batzuen deposizioagatik, 1300 °C-tan deposizio-tasa da baxuena, 0,027 mg·h-1/mm2 baino ez. Ondorioa: CVD deposizio tenperatura onena 1100 ℃ da. Tenperatura baxuak SiC-ren hazkunde norabidetua sustatzen du, tenperatura altuak, berriz, SiC-k lurrun-deposizioa sortzea eta estaldura gutxi sortzea eragiten du. Deposizio tenperatura handitzen den heinean, deposizio-tasa...CVD SiC estaldurapixkanaka gutxitzen da.
Argitaratze data: 2025eko maiatzaren 26a