Éifeacht Teochtaí Difriúla ar Fhás Sciathán SiC CVD

Cad is sciath CVD SiC ann?

Is próiseas taiscthe folúis é taisceadh gaile ceimiceach (CVD) a úsáidtear chun ábhair sholadacha ard-íonachta a tháirgeadh. Úsáidtear an próiseas seo go minic i réimse na déantúsaíochta leathsheoltóirí chun scannáin thanaí a fhoirmiú ar dhromchla na sliseán. Le linn ullmhúcháin charbaíd sileacain trí CVD, nochtar an tsubstráit do réamhtheachtaithe so-ghalaithe amháin nó níos mó, a imoibríonn go ceimiceach ar dhromchla an tsubstráit chun na taiscí charbaíd sileacain atá ag teastáil a thaisceadh. I measc na modhanna iomadúla chun ábhair charbaíd sileacain a ullmhú, tá aonfhoirmeacht agus íonacht níos airde ag na táirgí a ullmhaítear trí thaisceadh gaile ceimiceach, agus tá inrialaitheacht phróisis láidir ag an modh seo. Tá meascán uathúil d’airíonna teirmeacha, leictreacha agus ceimiceacha den scoth ag ábhair charbaídí sileacain CVD, rud a fhágann go bhfuil siad an-oiriúnach lena n-úsáid sa tionscal leathsheoltóra ina bhfuil gá le hábhair ardfheidhmíochta. Úsáidtear comhpháirteanna charbaídí sileacain CVD go forleathan i dtrealamh greanta, trealamh MOCVD, trealamh eipitacsach Si agus trealamh eipitacsach SiC, trealamh próiseála teirmeach tapa agus réimsí eile.

Díríonn an t-alt seo ar anailís a dhéanamh ar cháilíocht scannán tanaí a fhástar ag teochtaí próisis éagsúla le linn ullmhúcháinsciath CVD SiC, chun an teocht phróisis is oiriúnaí a roghnú. Úsáideann an turgnamh graifít mar an tsubstráit agus tríchlóraiméitilsilán (MTS) mar ghás foinse imoibrithe. Déantar an sciath SiC a thaisceadh trí phróiseas CVD ísealbhrú, agus micrimhoirfeolaíocht ansciath CVD SiCBreathnaítear air trí mhicreascópacht leictreon scanála chun a dlús struchtúrach a anailísiú.

Ós rud é go bhfuil teocht dhromchla an tsubstráit graifíte an-ard, déanfar an gás idirmheánach a dhí-ionsú agus a urscaoileadh ó dhromchla an tsubstráit, agus ar deireadh cruthóidh an C agus an Si atá fágtha ar dhromchla an tsubstráit SiC céim sholadaigh chun sciath SiC a fhoirmiú. De réir an phróisis fáis CVD-SiC thuas, is léir go mbeidh tionchar ag an teocht ar scaipeadh gáis, ar dhianscaoileadh MTS, ar fhoirmiú braoiníní agus ar dhí-ionsú agus urscaoileadh gáis idirmheánaigh, mar sin beidh ról lárnach ag an teocht taiscthe i moirfeolaíocht sciath SiC. Is í moirfeolaíocht mhicreascópach an sciath an léiriú is iomasaí ar dhlús an sciath. Dá bhrí sin, is gá staidéar a dhéanamh ar éifeacht teochtaí taiscthe éagsúla ar mhoirfeolaíocht mhicreascópach sciath CVD SiC. Ós rud é gur féidir le MTS sciath SiC a dhí-ionsú agus a thaisceadh idir 900 ~ 1600 ℃, roghnaíonn an turgnamh seo cúig theocht taiscthe de 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ agus 1300 ℃ chun sciath SiC a ullmhú chun staidéar a dhéanamh ar éifeacht na teochta ar sciath CVD-SiC. Taispeántar na paraiméadair shonracha i dTábla 3. Taispeánann Fíor 2 moirfeolaíocht mhicreascópach sciath CVD-SiC a fhástar ag teochtaí taiscthe éagsúla.

Nuair a bhíonn an teocht taiscthe 900℃, fásann an SiC go léir i gcruthanna snáithíní. Is léir go bhfuil trastomhas snáithín aonair thart ar 3.5μm, agus go bhfuil a chóimheas gné thart ar 3 (<10). Thairis sin, tá sé comhdhéanta de cháithníní nana-SiC gan áireamh, mar sin baineann sé le struchtúr SiC ilchriostalach, atá difriúil ó na nana-shreanga SiC traidisiúnta agus na feadáin SiC aonchriostail. Is locht struchtúrach é an SiC snáithíneach seo de bharr paraiméadair phróisis mhíréasúnta. Is léir go bhfuil struchtúr an sciath SiC seo sách scaoilte, agus go bhfuil líon mór póir idir an SiC snáithíneach, agus go bhfuil an dlús an-íseal. Dá bhrí sin, níl an teocht seo oiriúnach chun sciatha SiC dlútha a ullmhú. De ghnáth, is é teocht taiscthe ró-íseal is cúis le lochtanna struchtúracha SiC snáithíneach. Ag teochtaí ísle, bíonn fuinneamh íseal agus cumas imirce bocht ag na móilíní beaga atá ionsúite ar dhromchla an tsubstráit. Dá bhrí sin, bíonn claonadh ag móilíní beaga imirce agus fás go dtí an fuinneamh saor dromchla is ísle de ghráinní SiC (amhail barr an ghráin). Sa deireadh thiar cruthaíonn fás treorach leanúnach lochtanna struchtúracha SiC snáithíneacha.

Ullmhú Sciathán SiC CVD:

Ar dtús, cuirtear an tsubstráit graifíte i bhfoirnéis folúis ardteochta agus coinnítear í ag 1500 ℃ ar feadh 1 uair an chloig in atmaisféar Ar chun luaithreach a bhaint. Ansin gearrtar an bloc graifíte ina bhloc 15x15x5mm, agus snastar dromchla an bhloic graifíte le páipéar gainimh 1200-mogalra chun na póir dromchla a théann i bhfeidhm ar thaisceadh SiC a dhíchur. Nitear an bloc graifíte cóireáilte le heatánól anhidriúil agus uisce driogtha, agus ansin cuirtear in oigheann ag 100 ℃ é le haghaidh triomú. Ar deireadh, cuirtear an tsubstráit graifíte sa phríomhchrios teochta den fhoirnéis fheadánach le haghaidh taisceadh SiC. Taispeántar léaráid scéimeach an chórais taisceadh gaile ceimicigh i bhFíor 1.

Ansciath CVD SiCBreathnaíodh é trí mhicreascópacht leictreon scanála chun méid agus dlús a cháithníní a anailísiú. Ina theannta sin, ríomhadh ráta taiscthe an sciath SiC de réir na foirmle seo a leanas: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Ráta taiscthe; m2–mais an tsampla sciath (mg); m1–mais an tsubstráit (mg); Achar dromchla S an tsubstráit (mm2); t - an t-am taiscthe (h).   Tá CVD-SiC sách casta, agus is féidir an próiseas a achoimriú mar seo a leanas: ag teocht ard, déanfar dianscaoileadh teirmeach ar MTS chun móilíní beaga foinse carbóin agus foinse sileacain a fhoirmiú. Is éard atá sna móilíní beaga foinse carbóin den chuid is mó CH3, C2H2 agus C2H4, agus is éard atá sna móilíní beaga foinse sileacain den chuid is mó SiCI2, SiCI3, etc.; ansin déanfar na móilíní beaga foinse carbóin agus foinse sileacain seo a iompar chuig dromchla an tsubstráit graifíte ag an ngás iompróra agus an gás caolaithe, agus ansin déanfar na móilíní beaga seo a ionsú ar dhromchla an tsubstráit i bhfoirm ionsú, agus ansin tarlóidh imoibrithe ceimiceacha idir na móilíní beaga chun braoiníní beaga a fhoirmiú a fhásann de réir a chéile, agus comhleáfaidh na braoiníní freisin, agus beidh foirmiú fotháirgí idirmheánacha (gás HCl) ag gabháil leis an imoibriú; Nuair a ardaíonn an teocht go 1000 ℃, feabhsaítear dlús an sciath SiC go mór. Is léir go bhfuil an chuid is mó den sciath comhdhéanta de ghráinní SiC (thart ar 4μm ar mhéid), ach aimsítear roinnt lochtanna snáithíneacha SiC freisin, rud a léiríonn go bhfuil fás treorach SiC fós ag an teocht seo, agus nach bhfuil an sciath dlúth go leor fós. Nuair a ardaíonn an teocht go 1100 ℃, is léir go bhfuil an sciath SiC an-dlúth, agus go bhfuil na lochtanna snáithíneacha SiC imithe go hiomlán. Tá an sciath comhdhéanta de cháithníní SiC braoiníní-chruthacha le trastomhas de thart ar 5 ~ 10μm, atá ceangailte go dlúth. Tá dromchla na gcáithníní an-garbh. Tá sé comhdhéanta de ghráinní SiC nanoscála gan áireamh. Déanta na fírinne, tá an próiseas fáis CVD-SiC ag 1100 ℃ anois rialaithe aistrithe maise. Tá dóthain fuinnimh agus ama ag na móilíní beaga atá ionsúite ar dhromchla an tsubstráit chun núicléatú agus fás i ngráin SiC. Cruthaíonn na gráinní SiC braoiníní móra go haonfhoirmeach. Faoi ghníomhaíocht fuinnimh dhromchla, feictear formhór na mbraoiníní sféarúil, agus tá na braoiníní comhcheangailte go docht chun sciath dlúth SiC a fhoirmiú. Nuair a ardaíonn an teocht go 1200℃, bíonn an sciath SiC dlúth freisin, ach bíonn moirfeolaíocht an SiC il-iomaireach agus bíonn dromchla an sciath níos garbh. Nuair a ardaíonn an teocht go 1300℃, aimsítear líon mór cáithníní sféarúla rialta le trastomhas de thart ar 3μm ar dhromchla an tsubstráit ghraifíte. Tá sé seo amhlaidh toisc go bhfuil SiC claochlaithe go núicléachán céim gháis ag an teocht seo, agus tá an ráta dianscaoilte MTS an-tapa. Tá móilíní beaga imoibrithe agus núicléaithe chun gráinní SiC a fhoirmiú sula ndéantar iad a ionsú ar dhromchla an tsubstráit. Tar éis do na gráinní cáithníní sféarúla a fhoirmiú, titeann siad faoi bhun, rud a eascraíonn i sciath cáithníní SiC scaoilte le dlús bocht. Ar ndóigh, ní féidir 1300℃ a úsáid mar theocht foirmithe sciath dlúth SiC. Léiríonn comparáid chuimsitheach más mian leat sciath dlúth SiC a ullmhú, gurb é 1100℃ an teocht is fearr chun sciath CVD a thaisceadh.

Taispeánann Fíor 3 ráta taiscthe sciath CVD SiC ag teochtaí taiscthe éagsúla. De réir mar a mhéadaíonn an teocht taiscthe, laghdaíonn ráta taiscthe an sciath SiC de réir a chéile. Is é 0.352 mg·h-1/mm2 an ráta taiscthe ag 900°C, agus is é fás treoch na snáithíní a fhágann go bhfuil an ráta taiscthe is tapúla. Is é 0.179 mg·h-1/mm2 ráta taiscthe an sciath leis an dlús is airde. Mar gheall ar thaiscthe roinnt cáithníní SiC, is é an ráta taiscthe ag 1300°C an ceann is ísle, 0.027 mg·h-1/mm2 amháin.   Conclúid: Is é 1100℃ an teocht is fearr chun an CVD a thaisceadh. Cuireann teocht íseal fás treorach SiC chun cinn, ach bíonn taisceadh gaile mar thoradh ar theocht ard ar an SiC agus bíonn sciath tanaí mar thoradh air. De réir mar a mhéadaíonn an teocht taisceadh, méadaíonn an ráta taisceadhsciath CVD SiClaghdaíonn de réir a chéile.