Wat is CVD SiC-coating?
Gemyske dampôfsetting (CVD) is in fakuümôfsettingsproses dat brûkt wurdt om fêste materialen mei hege suverens te produsearjen. Dit proses wurdt faak brûkt yn 'e healgeleiderproduksje om tinne films te foarmjen op it oerflak fan wafers. Yn it proses fan it tarieden fan silisiumkarbid troch CVD wurdt it substraat bleatsteld oan ien of mear flechtige foargongers, dy't gemysk reagearje op it oerflak fan it substraat om de winske silisiumkarbidôfsettings ôf te setten. Under de protte metoaden foar it tarieden fan silisiumkarbidmaterialen hawwe de produkten dy't taret binne troch gemyske dampôfsetting in hegere uniformiteit en suverens, en dizze metoade hat in sterke proseskontrôlearberens. CVD-silisiumkarbidmaterialen hawwe in unike kombinaasje fan poerbêste termyske, elektryske en gemyske eigenskippen, wêrtroch't se tige geskikt binne foar gebrûk yn 'e healgeleideryndustry dêr't materialen mei hege prestaasjes nedich binne. CVD-silisiumkarbidkomponinten wurde in soad brûkt yn etsapparatuer, MOCVD-apparatuer, epitaksiale Si-apparatuer en epitaksiale SiC-apparatuer, apparatuer foar rappe termyske ferwurking en oare fjilden.
Dit artikel rjochtet him op it analysearjen fan 'e kwaliteit fan tinne films dy't groeid binne by ferskate prosestemperatueren tidens de tarieding fanCVD SiC-coating, om de meast geskikte prosestemperatuer te selektearjen. It eksperimint brûkt grafyt as substraat en trichloormethylsilaan (MTS) as reaksjeboarnegas. De SiC-coating wurdt ôfset troch in leechdruk-CVD-proses, en de mikromorfology fan 'eCVD SiC-coatingwurdt waarnommen troch skennende elektronenmikroskopie om syn strukturele tichtens te analysearjen.
Omdat de oerflaktemperatuer fan it grafytsubstraat tige heech is, sil it tuskenlizzende gas desorbearre en ûntslein wurde fan it substraatoerflak, en úteinlik sille de C en Si dy't op it substraatoerflak oerbliuwe fêste faze SiC foarmje om SiC-coating te foarmjen. Neffens it boppesteande CVD-SiC-groeiproses kin sjoen wurde dat temperatuer ynfloed hat op 'e diffúzje fan gas, de ûntbining fan MTS, de foarming fan drippen en de desorpsje en ûntbining fan tuskenlizzende gas, sadat de ôfsettingstemperatuer in wichtige rol sil spylje yn 'e morfology fan SiC-coating. De mikroskopyske morfology fan 'e coating is de meast yntuïtive manifestaasje fan 'e tichtheid fan' e coating. Dêrom is it needsaaklik om it effekt fan ferskate ôfsettingstemperatueren op 'e mikroskopyske morfology fan CVD SiC-coating te bestudearjen. Omdat MTS SiC-coating kin ûntbine en ôfsette tusken 900 ~ 1600 ℃, selektearret dit eksperimint fiif ôfsettingstemperatueren fan 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ en 1300 ℃ foar de tarieding fan SiC-coating om it effekt fan temperatuer op CVD-SiC-coating te bestudearjen. De spesifike parameters wurde werjûn yn tabel 3. Figuer 2 lit de mikroskopyske morfology sjen fan CVD-SiC-coating dy't by ferskate ôfsettingstemperatueren groeid is.
As de ôfsettingstemperatuer 900 ℃ is, groeit alle SiC yn fezelfoarmen. It kin sjoen wurde dat de diameter fan in inkele fezel sawat 3,5 μm is, en de aspektferhâlding is sawat 3 (<10). Boppedat is it gearstald út ûntelbere nano-SiC-dieltsjes, sadat it heart ta in polykristallijne SiC-struktuer, dy't oars is as de tradisjonele SiC-nanodraden en ienkristalline SiC-whiskers. Dizze fezelrige SiC is in struktureel defekt feroarsake troch ûnredelike prosesparameters. It kin sjoen wurde dat de struktuer fan dizze SiC-coating relatyf los is, en d'r binne in grut oantal poaren tusken de fezelrige SiC, en de tichtheid is tige leech. Dêrom is dizze temperatuer net geskikt foar de tarieding fan tichte SiC-coatings. Gewoanlik wurde fezelrige SiC-strukturele defekten feroarsake troch in te lege ôfsettingstemperatuer. By lege temperatueren hawwe de lytse molekulen dy't oan it oerflak fan it substraat adsorbearre binne in lege enerzjy en in minne migraasjemooglikheid. Dêrom hawwe lytse molekulen de neiging om te migrearjen en te groeien nei de leechste oerflakfrije enerzjy fan SiC-korrels (lykas de punt fan 'e kerrel). Kontinue rjochtinggroei foarmet úteinlik fezelfoarmige SiC-strukturele defekten.
Tarieding fan CVD SiC-coating:
Earst wurdt it grafytsubstraat yn in hege-temperatuer fakuümoven pleatst en 1 oere op 1500 ℃ hâlden yn in Ar-atmosfear foar it fuortheljen fan jiske. Dan wurdt it grafytblok yn in blok fan 15x15x5 mm snien, en it oerflak fan it grafytblok wurdt gepolijst mei 1200-mesh skuurpapier om de oerflakpoaren te ferwiderjen dy't de ôfsetting fan SiC beynfloedzje. It behannele grafytblok wurdt wosken mei wetterfrije ethanol en destillearre wetter, en dan yn in oven op 100 ℃ pleatst om te droegjen. Uteinlik wurdt it grafytsubstraat yn 'e haadtemperatuersône fan' e buisfoarmige oven pleatst foar SiC-ôfsetting. It skematyske diagram fan it gemyske dampôfsettingssysteem wurdt werjûn yn figuer 1.
DeCVD SiC-coatingwaard waarnommen troch skennende elektronenmikroskopie om de dieltsjegrutte en tichtheid te analysearjen. Derneist waard de ôfsettingssnelheid fan 'e SiC-coating berekkene neffens de ûndersteande formule: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC = Ofsettingssnelheid; m2–massa fan coatingmonster (mg); m1–massa fan it substraat (mg); S-oerflak fan it substraat (mm2); t - de ôfsettingstiid (o). CVD-SiC is relatyf yngewikkeld, en it proses kin as folget gearfette wurde: by hege temperatuer sil MTS termyske ûntbining ûndergean om lytse molekulen fan koalstofboarne en silisiumboarne te foarmjen. De lytse molekulen fan koalstofboarne omfetsje benammen CH3, C2H2 en C2H4, en de lytse molekulen fan silisiumboarne omfetsje benammen SiCI2, SiCI3, ensfh.; dizze lytse molekulen fan koalstofboarne en silisiumboarne wurde dan troch it dragergas en it ferdunningsgas nei it oerflak fan it grafytsubstraat ferfierd, en dan wurde dizze lytse molekulen adsorbearre op it oerflak fan it substraat yn 'e foarm fan adsorpsje, en dan sille gemyske reaksjes plakfine tusken de lytse molekulen om lytse drippen te foarmjen dy't stadichoan groeie, en de drippen sille ek fusearje, en de reaksje sil begelaat wurde troch de foarming fan tuskenprodukten (HCl-gas); As de temperatuer oprint nei 1000 ℃, ferbetteret de tichtheid fan 'e SiC-coating sterk. It is te sjen dat it meastepart fan 'e coating bestiet út SiC-korrels (sawat 4μm yn grutte), mar der wurde ek guon fezelfoarmige SiC-defekten fûn, wat oantoant dat der noch rjochtinggroei fan SiC is by dizze temperatuer, en de coating is noch net ticht genôch. As de temperatuer oprint nei 1100 ℃, is te sjen dat de SiC-coating tige ticht is, en de fezelfoarmige SiC-defekten folslein ferdwûn binne. De coating bestiet út dripfoarmige SiC-dieltsjes mei in diameter fan sawat 5~10μm, dy't ticht byinoar lizze. It oerflak fan 'e dieltsjes is tige rûch. It bestiet út ûntelbere nanoskaal SiC-korrels. Eins is it CVD-SiC-groeiproses by 1100 ℃ massa-oerdracht kontroleare wurden. De lytse molekulen dy't oan it oerflak fan it substraat adsorbearre binne, hawwe genôch enerzjy en tiid om te nukleearjen en te groeien ta SiC-korrels. De SiC-korrels foarmje unifoarm grutte drippen. Under de aksje fan oerflakte-enerzjy ferskine de measte drippen sferysk, en de drippen binne strak kombineare om in tichte SiC-coating te foarmjen. As de temperatuer omheech giet nei 1200℃, is de SiC-coating ek ticht, mar de SiC-morfology wurdt mearfâldich ribbelich en it oerflak fan 'e coating liket rûger. As de temperatuer omheech giet nei 1300℃, wurde in grut oantal regelmjittige sferyske dieltsjes mei in diameter fan sawat 3μm fûn op it oerflak fan it grafytsubstraat. Dit komt om't SiC by dizze temperatuer omset is yn gasfaze-nukleaasje, en de MTS-ûntledingssnelheid is tige rap. Lytse molekulen hawwe reagearre en nukleearre om SiC-korrels te foarmjen foardat se op it substraatoerflak adsorbearre wurde. Nei't de korrels sferyske dieltsjes foarme hawwe, sille se nei ûnderen sakje, wat úteinlik resulteart yn in losse SiC-dieltsjecoating mei minne tichtheid. Fansels kin 1300℃ net brûkt wurde as de foarmingstemperatuer fan in tichte SiC-coating. In wiidweidige fergeliking lit sjen dat as in tichte SiC-coating taret wurde moat, de optimale CVD-ôfsettingstemperatuer 1100℃ is.
Figuer 3 lit de ôfsettingssnelheid fan CVD SiC-coatings sjen by ferskate ôfsettingstemperatueren. As de ôfsettingstemperatuer tanimt, nimt de ôfsettingssnelheid fan 'e SiC-coating stadichoan ôf. De ôfsettingssnelheid by 900 °C is 0,352 mg·h-1/mm2, en de rjochtinggroei fan 'e fezels liedt ta de rapste ôfsettingssnelheid. De ôfsettingssnelheid fan 'e coating mei de heechste tichtheid is 0,179 mg·h-1/mm2. Troch de ôfsetting fan guon SiC-dieltsjes is de ôfsettingssnelheid by 1300 °C it leechst, mar 0,027 mg·h-1/mm2. Konklúzje: De bêste CVD-ôfsettingstemperatuer is 1100 ℃. Lege temperatuer befoarderet de rjochtinggroei fan SiC, wylst hege temperatuer derfoar soarget dat SiC dampôfsetting produseart en resulteart yn in tinere coating. Mei de tanimming fan 'e ôfsettingstemperatuer nimt de ôfsettingssnelheid fanCVD SiC-coatingstadichoan ôfnimt.
Pleatsingstiid: 26 maaie 2025