Buaidh diofar theodhachdan air fàs còmhdach CVD SiC

Dè a th’ ann an còmhdach CVD SiC?

'S e pròiseas tasgadh falamh a th' ann an tasgadh smùid ceimigeach (CVD) a thathas a' cleachdadh gus stuthan cruaidh àrd-ghlanachd a dhèanamh. Bithear a' cleachdadh a' phròiseis seo gu tric ann an raon saothrachaidh leth-chonnsachaidh gus filmichean tana a chruthachadh air uachdar wafers. Ann am pròiseas ullachadh silicon carbide le CVD, tha an t-substrate fosgailte do aon no barrachd ro-ruithearan luaineach, a bhios ag ath-bhualadh gu ceimigeach air uachdar an t-substrate gus na tasgaidhean silicon carbide a tha thu ag iarraidh a thasgadh. Am measg nan iomadh dòigh airson stuthan silicon carbide ullachadh, tha cunbhalachd agus purrachd nas àirde aig na toraidhean a thèid ullachadh le tasgadh smùid ceimigeach, agus tha smachd làidir aig an dòigh seo air a' phròiseas. Tha measgachadh sònraichte de fheartan teirmeach, dealain agus ceimigeach sàr-mhath aig stuthan silicon carbide CVD, gan dèanamh glè fhreagarrach airson an cleachdadh ann an gnìomhachas leth-chonnsachaidh far a bheil feum air stuthan àrd-choileanaidh. Tha co-phàirtean silicon carbide CVD air an cleachdadh gu farsaing ann an uidheamachd gràbhalaidh, uidheamachd MOCVD, uidheamachd epitaxial Si agus uidheamachd epitaxial SiC, uidheamachd giullachd teirmeach luath agus raointean eile.

Tha an t-artaigil seo ag amas air sgrùdadh a dhèanamh air càileachd fhilmichean tana a chaidh fhàs aig diofar theodhachdan pròiseas rè ullachadhCòmhdach SiC CVD, gus an teòthachd pròiseis as freagarraiche a thaghadh. Tha an deuchainn a’ cleachdadh grafait mar an t-substrate agus trichloromethylsilane (MTS) mar ghas tùsail an ath-bhualaidh. Tha an còmhdach SiC air a thasgadh le pròiseas CVD ìosal-bhruthadh, agus tha meanbh-mhoirfeòlas anCòmhdach SiC CVDair a choimhead le microsgopaidh dealanach sganaidh gus a dùmhlachd structarail a sgrùdadh.

Leis gu bheil teòthachd uachdar an t-substrate grafait glè àrd, thèid an gas eadar-mheadhanach a dhì-ghalarachadh agus a leigeil ma sgaoil bho uachdar an t-substrate, agus mu dheireadh cruthaichidh an C agus an Si a tha air fhàgail air uachdar an t-substrate SiC ìre chruaidh gus còmhdach SiC a chruthachadh. A rèir a’ phròiseis fàis CVD-SiC gu h-àrd, chithear gun toir an teòthachd buaidh air sgaoileadh gas, lobhadh MTS, cruthachadh boinneagan agus dì-ghalarachadh agus sgaoileadh gas eadar-mheadhanach, agus mar sin bidh pàirt chudromach aig teòthachd an tasgaidh ann am morf-eòlas còmhdach SiC. Is e morf-eòlas microscopach a’ chòmhdaich an taisbeanadh as intuitive de dhlùths a’ chòmhdaich. Mar sin, tha e riatanach buaidh diofar theodhachdan tasgaidh air morf-eòlas microscopach còmhdach SiC CVD a sgrùdadh. Leis gum faod MTS còmhdach SiC a dhì-ghalarachadh agus a thasgadh eadar 900 ~ 1600 ℃, tha an deuchainn seo a’ taghadh còig teòthachdan tasgaidh de 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ agus 1300 ℃ airson ullachadh còmhdach SiC gus buaidh teòthachd air còmhdach CVD-SiC a sgrùdadh. Tha na paramadairean sònraichte air an sealltainn ann an Clàr 3. Tha Figear 2 a’ sealltainn morf-eòlas microscopach còmhdach CVD-SiC air fhàs aig teòthachdan tasgaidh eadar-dhealaichte.

Nuair a tha an teòthachd tasgaidh 900℃, bidh an SiC gu lèir a’ fàs ann an cumaidhean snàithleach. Chithear gu bheil trast-thomhas aon snàithleach mu 3.5μm, agus tha an co-mheas taobh aige mu 3 (<10). A bharrachd air an sin, tha e air a dhèanamh suas de mhì-chunntadh de ghràinean nano-SiC, agus mar sin buinidh e do structar SiC polycrystalline, a tha eadar-dhealaichte bho na nano-uèirichean SiC traidiseanta agus na feusagan SiC aon-chriostail. Tha an SiC snàithleach seo na lochd structarail air adhbhrachadh le paramadairean pròiseas mì-reusanta. Chithear gu bheil structar a’ chòmhdaich SiC seo an ìre mhath sgaoilte, agus gu bheil àireamh mhòr de phòran eadar an SiC snàithleach, agus tha an dùmhlachd glè ìosal. Mar sin, chan eil an teòthachd seo freagarrach airson ullachadh chòmhdaichean SiC dùmhail. Mar as trice, bidh lochdan structarail SiC snàithleach air adhbhrachadh le teòthachd tasgaidh ro ìosal. Aig teòthachd ìosal, tha lùth ìosal agus comas imrich bochd aig na moileciuilean beaga a tha air an glacadh air uachdar an t-substrate. Mar sin, bidh moileciuilean beaga buailteach imrich agus fàs chun an lùth shaor uachdar as ìsle de ghràinean SiC (leithid bàrr a’ ghràin). Bidh fàs leantainneach treòraichte a’ cruthachadh lochdan structarail SiC snàithleach mu dheireadh.

Ullachadh Còmhdach SiC CVD:

An toiseach, thèid an t-substrate grafait a chur ann an àmhainn falamh àrd-teòthachd agus a chumail aig 1500℃ airson 1 uair ann an àile Ar airson luaithre a thoirt air falbh. An uairsin thèid am bloc grafait a ghearradh ann am bloc de 15x15x5mm, agus thèid uachdar a’ bhloca grafait a lìomhadh le pàipear-gainmhich 1200-mogaill gus na pores uachdar a bheir buaidh air tasgadh SiC a thoirt air falbh. Thèid am bloc grafait air a làimhseachadh a nighe le ethanol gun uisge agus uisge grùide, agus an uairsin a chur ann an àmhainn aig 100℃ airson tiormachadh. Mu dheireadh, thèid an t-substrate grafait a chur ann am prìomh raon teòthachd an àmhainn tiùbalach airson tasgadh SiC. Tha an diagram sgemataig den t-siostam tasgadh smùid ceimigeach air a shealltainn ann am Figear 1.

AnCòmhdach SiC CVDchaidh fhaicinn le bhith a’ cleachdadh microscopaidh sganaidh dealanach gus meud agus dùmhlachd a ghràinean a sgrùdadh. A bharrachd air sin, chaidh ìre tasgadh còmhdach SiC obrachadh a-mach a rèir na foirmle gu h-ìosal: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC = Ìre tasgaidh; m2–tomad an t-sampall còtaidh (mg); m1–tomad an t-substrate (mg); Farsaingeachd uachdar S an t-substrate (mm2); t - an ùine tasgaidh (h).   Tha CVD-SiC caran toinnte, agus faodar geàrr-chunntas a dhèanamh air a’ phròiseas mar a leanas: aig teòthachd àrd, bidh MTS a’ dol tro lobhadh teirmeach gus moileciuilean beaga stòr carbon agus stòr silicon a chruthachadh. Tha CH3, C2H2 agus C2H4 sa mhòr-chuid anns na moileciuilean beaga stòr carbon, agus tha SiCI2, SiCI3, msaa. anns na moileciuilean beaga stòr silicon sa mhòr-chuid; thèid na moileciuilean beaga stòr carbon agus stòr silicon seo an uairsin a ghiùlan gu uachdar an t-substrate grafait leis a’ ghas giùlain agus an gas caolachaidh, agus an uairsin thèid na moileciuilean beaga seo a shùghadh air uachdar an t-substrate ann an cruth adsorption, agus an uairsin bidh ath-bheachdan ceimigeach a’ tachairt eadar na moileciuilean beaga gus boinneagan beaga a chruthachadh a bhios a’ fàs mean air mhean, agus bidh na boinneagan cuideachd a’ tighinn còmhla, agus bidh cruthachadh fo-thoraidhean eadar-mheadhanach (gas HCl) an cois an ath-bhualadh; Nuair a dh’èireas an teòthachd gu 1000 ℃, bidh dùmhlachd a’ chòmhdaich SiC air a leasachadh gu mòr. Chithear gu bheil a’ mhòr-chuid den chòmhdach air a dhèanamh suas de ghràinean SiC (mu 4μm ann am meud), ach lorgar cuid de lochdan SiC snàithleach cuideachd, a tha a’ sealltainn gu bheil fàs treòraichte SiC fhathast aig an teòthachd seo, agus nach eil an còmhdach dùmhail gu leòr fhathast. Nuair a dh’èireas an teòthachd gu 1100 ℃, chithear gu bheil an còmhdach SiC glè dhùmhail, agus gu bheil na lochdan SiC snàithleach air a dhol à bith gu tur. Tha an còmhdach air a dhèanamh suas de ghràinean SiC cumadh boinneagan le trast-thomhas de mu 5 ~ 10μm, a tha ceangailte gu teann. Tha uachdar nam gràinean glè gharbh. Tha e air a dhèanamh suas de ghràinean SiC nano-sgèile gun àireamh. Gu dearbh, tha am pròiseas fàis CVD-SiC aig 1100 ℃ air a thighinn gu bhith fo smachd gluasad mais. Tha lùth agus ùine gu leòr aig na moileciuilean beaga a tha air an glacadh air uachdar an t-substrate gus niùclasachadh agus fàs gu bhith nan gràinean SiC. Bidh na gràinean SiC a’ cruthachadh boinneagan mòra gu cothromach. Fo ghnìomh lùth uachdar, tha a’ mhòr-chuid de na boinneagan a’ nochdadh cruinn, agus tha na boinneagan air an cur còmhla gu teann gus còmhdach SiC dùmhail a chruthachadh. Nuair a dh’èireas an teòthachd gu 1200℃, bidh an còmhdach SiC dùmhail cuideachd, ach bidh morf-eòlas an SiC ioma-dhruimneach agus bidh uachdar a’ chòmhdaich a’ coimhead nas garbh. Nuair a dh’èireas an teòthachd gu 1300℃, lorgar àireamh mhòr de ghràineanan cruinn cunbhalach le trast-thomhas de mu 3μm air uachdar an t-substrate grafait. Tha seo air sgàth aig an teòthachd seo, gu bheil SiC air a thionndadh gu niùclasachadh ìre gas, agus gu bheil an ìre lobhadh MTS gu math luath. Tha moileciuilean beaga air freagairt agus air niùclasachadh gus gràinnean SiC a chruthachadh mus tèid an glacadh air uachdar an t-substrate. Às deidh dha na gràinnean gràinnean cruinn a chruthachadh, tuitidh iad fo, agus mu dheireadh bidh còmhdach gràinnean SiC sgaoilte le dùmhlachd bochd ann. Gu follaiseach, chan urrainnear 1300℃ a chleachdadh mar theodhachd cruthachaidh còmhdach SiC dùmhail. Tha coimeas coileanta a’ sealltainn ma tha còmhdach SiC dùmhail gu bhith air ullachadh, gur e 1100℃ an teòthachd tasgadh CVD as fheàrr.

Tha Figear 3 a’ sealltainn an ìre tasgaidh de chòtaichean SiC CVD aig diofar theodhachdan tasgaidh. Mar a bhios an teòthachd tasgaidh ag àrdachadh, bidh an ìre tasgaidh den chòmhdach SiC a’ lùghdachadh mean air mhean. Tha an ìre tasgaidh aig 900°C 0.352 mg·h-1/mm2, agus tha fàs stiùirichte nan snàithleanan ag adhbhrachadh an ìre tasgaidh as luaithe. Tha an ìre tasgaidh den chòmhdach leis an dùmhlachd as àirde 0.179 mg·h-1/mm2. Air sgàth tasgadh cuid de ghràineanan SiC, is e an ìre tasgaidh aig 1300°C an ìre as ìsle, dìreach 0.027 mg·h-1/mm2.   Co-dhùnadh: Is e 1100℃ an teòthachd tasgaidh CVD as fheàrr. Bidh teòthachd ìosal a’ brosnachadh fàs stiùirichte SiC, agus bidh teòthachd àrd ag adhbhrachadh gum bi SiC a’ dèanamh tasgadh smùid agus a’ leantainn gu còmhdach tana. Le àrdachadh ann an teòthachd an tasgaidh, bidh an ìre tasgaidh deCòmhdach SiC CVDa’ lùghdachadh mean air mhean.