Apa sing diarani Lapisan SiC CVD?
Deposisi uap kimia (CVD) yaiku proses deposisi vakum sing digunakake kanggo ngasilake bahan padat kanthi kemurnian dhuwur. Proses iki asring digunakake ing bidang manufaktur semikonduktor kanggo mbentuk film tipis ing permukaan wafer. Ing proses nyiapake silikon karbida kanthi CVD, substrat kasebut kena siji utawa luwih prekursor sing gampang nguap, sing reaksi kimia ing permukaan substrat kanggo nyetor endapan silikon karbida sing dikarepake. Saka akeh cara kanggo nyiyapake bahan silikon karbida, produk sing disiapake kanthi deposisi uap kimia duwe keseragaman lan kemurnian sing luwih dhuwur, lan cara iki duwe kontrol proses sing kuwat. Bahan silikon karbida CVD nduweni kombinasi unik saka sifat termal, listrik, lan kimia sing apik banget, saengga cocok banget kanggo digunakake ing industri semikonduktor ing ngendi bahan kinerja dhuwur dibutuhake. Komponen silikon karbida CVD digunakake sacara wiyar ing peralatan etsa, peralatan MOCVD, peralatan epitaksial Si lan peralatan epitaksial SiC, peralatan pangolahan termal cepet, lan bidang liyane.
Artikel iki fokus ing analisis kualitas film tipis sing ditandur ing suhu proses sing beda-beda sajrone persiapanLapisan SiC CVD, supaya bisa milih suhu proses sing paling cocog. Eksperimen iki nggunakake grafit minangka substrat lan triklorometilsilane (MTS) minangka gas sumber reaksi. Lapisan SiC diendapkan kanthi proses CVD tekanan rendah, lan mikromorfologi sakaLapisan SiC CVDdiamati nganggo mikroskop elektron pindai kanggo nganalisis kapadhetan strukturalé.
Amarga suhu permukaan substrat grafit dhuwur banget, gas antara bakal didesorpsi lan dibuwang saka permukaan substrat, lan pungkasane C lan Si sing isih ana ing permukaan substrat bakal mbentuk fase padat SiC kanggo mbentuk lapisan SiC. Miturut proses pertumbuhan CVD-SiC ing ndhuwur, bisa dideleng manawa suhu bakal mengaruhi difusi gas, dekomposisi MTS, pembentukan tetesan lan desorpsi lan pembuangan gas antara, mula suhu deposisi bakal nduweni peran penting ing morfologi lapisan SiC. Morfologi mikroskopis lapisan kasebut minangka manifestasi paling intuitif saka kapadhetan lapisan kasebut. Mulane, perlu kanggo nyinaoni efek suhu deposisi sing beda-beda ing morfologi mikroskopis lapisan CVD SiC. Amarga MTS bisa dekomposisi lan nyimpen lapisan SiC antarane 900 ~ 1600 ℃, eksperimen iki milih limang suhu deposisi 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ lan 1300 ℃ kanggo nyiapake lapisan SiC kanggo nyinaoni efek suhu ing lapisan CVD-SiC. Parameter spesifik dituduhake ing Tabel 3. Gambar 2 nuduhake morfologi mikroskopis lapisan CVD-SiC sing ditumbuhake ing suhu deposisi sing beda-beda.
Nalika suhu deposisi 900℃, kabeh SiC tuwuh dadi bentuk serat. Bisa dideleng yen diameter serat tunggal kira-kira 3,5μm, lan rasio aspek kira-kira 3 (<10). Kajaba iku, kasusun saka partikel nano-SiC sing ora kaetung, mula kalebu struktur SiC polikristalin, sing beda karo kawat nano SiC tradisional lan kumis SiC kristal tunggal. SiC berserat iki minangka cacat struktural sing disebabake dening parameter proses sing ora masuk akal. Bisa dideleng yen struktur lapisan SiC iki relatif longgar, lan ana akeh pori ing antarane SiC berserat, lan kapadhetane sithik banget. Mulane, suhu iki ora cocog kanggo nyiapake lapisan SiC sing padhet. Biasane, cacat struktural SiC berserat disebabake dening suhu deposisi sing sithik banget. Ing suhu sing sithik, molekul cilik sing diserap ing permukaan substrat duwe energi sing sithik lan kemampuan migrasi sing kurang. Mulane, molekul cilik cenderung migrasi lan tuwuh menyang energi bebas permukaan paling endhek saka butiran SiC (kayata pucuk butiran). Pertumbuhan arah sing terus-terusan pungkasane mbentuk cacat struktural SiC berserat.
Persiapan Lapisan CVD SiC:
Kapisan, substrat grafit dilebokake ing tungku vakum suhu dhuwur lan dijaga ing suhu 1500℃ sajrone 1 jam ing atmosfer Ar kanggo mbusak awu. Banjur blok grafit dipotong dadi blok 15x15x5mm, lan permukaan blok grafit dipoles nganggo amplas 1200-mesh kanggo ngilangi pori-pori permukaan sing mengaruhi pengendapan SiC. Blok grafit sing wis diolah dicuci nganggo etanol anhidrat lan banyu suling, banjur dilebokake ing oven ing suhu 100℃ kanggo dikeringake. Pungkasan, substrat grafit dilebokake ing zona suhu utama tungku tubular kanggo pengendapan SiC. Diagram skematis sistem pengendapan uap kimia dituduhake ing Gambar 1.
IngLapisan SiC CVDdiamati nganggo mikroskop elektron pindai kanggo nganalisis ukuran lan kapadhetan partikel. Kajaba iku, tingkat deposisi lapisan SiC diitung miturut rumus ing ngisor iki: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Tingkat pengendapan; m2–massa sampel lapisan (mg); m1–massa substrat (mg); Jembar lumahing substrat S (mm2); t-wektu deposisi (h). CVD-SiC iku relatif rumit, lan prosese bisa diringkes kaya ing ngisor iki: ing suhu dhuwur, MTS bakal ngalami dekomposisi termal kanggo mbentuk molekul cilik sumber karbon lan sumber silikon. Molekul cilik sumber karbon utamane kalebu CH3, C2H2 lan C2H4, lan molekul cilik sumber silikon utamane kalebu SiCI2, SiCI3, lan liya-liyane; molekul cilik sumber karbon lan sumber silikon iki banjur bakal diangkut menyang permukaan substrat grafit dening gas pembawa lan gas pengencer, banjur molekul cilik iki bakal diserap ing permukaan substrat ing wangun adsorpsi, banjur reaksi kimia bakal kedadeyan antarane molekul cilik kanggo mbentuk tetesan cilik sing mboko sithik tuwuh, lan tetesan uga bakal nyawiji, lan reaksi kasebut bakal diiringi pembentukan produk sampingan antara (gas HCl); Nalika suhu mundhak nganti 1000 ℃, kapadhetan lapisan SiC saya apik. Bisa dideleng manawa sebagian besar lapisan kasusun saka butiran SiC (ukurane udakara 4μm), nanging sawetara cacat SiC berserat uga ditemokake, sing nuduhake manawa isih ana pertumbuhan SiC sing arah ing suhu iki, lan lapisan kasebut isih durung cukup kandhel. Nalika suhu mundhak nganti 1100 ℃, bisa dideleng manawa lapisan SiC kandhel banget, lan cacat SiC berserat wis ilang kabeh. Lapisan kasebut kasusun saka partikel SiC sing bentuke tetesan kanthi diameter udakara 5 ~ 10μm, sing digabungake kanthi rapet. Permukaan partikel kasebut kasar banget. Iki kasusun saka butiran SiC skala nano sing ora kaetung. Nyatane, proses pertumbuhan CVD-SiC ing 1100 ℃ wis dikontrol transfer massa. Molekul cilik sing diserap ing permukaan substrat duwe energi lan wektu sing cukup kanggo nukleasi lan tuwuh dadi butiran SiC. Butiran SiC kanthi seragam mbentuk tetesan gedhe. Ing sangisore aksi energi permukaan, umume tetesan katon bunder, lan tetesan kasebut digabungake rapet kanggo mbentuk lapisan SiC sing padhet. Nalika suhu mundhak nganti 1200℃, lapisan SiC uga kandhel, nanging morfologi SiC dadi multi-ridges lan permukaan lapisan katon luwih kasar. Nalika suhu mundhak nganti 1300℃, akeh partikel bola biasa kanthi diameter sekitar 3μm ditemokake ing permukaan substrat grafit. Iki amarga ing suhu iki, SiC wis diowahi dadi nukleasi fase gas, lan tingkat dekomposisi MTS cepet banget. Molekul cilik wis reaksi lan nukleasi kanggo mbentuk butiran SiC sadurunge diserap ing permukaan substrat. Sawise butiran mbentuk partikel bola, bakal tiba ing ngisor, pungkasane nyebabake lapisan partikel SiC sing longgar kanthi kapadhetan sing kurang. Temenan, 1300℃ ora bisa digunakake minangka suhu pembentukan lapisan SiC sing kandhel. Perbandingan sing komprehensif nuduhake yen lapisan SiC sing kandhel kudu disiapake, suhu deposisi CVD sing optimal yaiku 1100℃.
Gambar 3 nuduhake tingkat deposisi lapisan CVD SiC ing suhu deposisi sing beda-beda. Nalika suhu deposisi mundhak, tingkat deposisi lapisan SiC mboko sithik mudhun. Tingkat deposisi ing 900°C yaiku 0,352 mg·h-1/mm2, lan pertumbuhan serat sing arah ndadékaké tingkat deposisi paling cepet. Tingkat deposisi lapisan kanthi kapadhetan paling dhuwur yaiku 0,179 mg·h-1/mm2. Amarga deposisi sawetara partikel SiC, tingkat deposisi ing 1300°C minangka sing paling endhek, mung 0,027 mg·h-1/mm2. Dudutan: Suhu deposisi CVD sing paling apik yaiku 1100℃. Suhu sing endhek ningkatake pertumbuhan SiC sing diarahake, dene suhu sing dhuwur nyebabake SiC ngasilake deposisi uap lan nyebabake lapisan sing jarang. Kanthi kenaikan suhu deposisi, tingkat deposisiLapisan SiC CVDmboko sithik mudhun.
Wektu kiriman: 26 Mei 2025