CVD SiC жабыны дегеніміз не?
Химиялық буларды тұндыру (CVD) - жоғары тазалықтағы қатты материалдарды алу үшін қолданылатын вакуумдық тұндыру процесі. Бұл процесс пластинаның бетінде жұқа қабықшаларды қалыптастыру үшін жартылай өткізгіштерді өндіру саласында жиі қолданылады. CVD әдісімен кремний карбидін дайындау процесінде субстрат бір немесе бірнеше ұшпа прекурсорларға ұшырайды, олар негіздің бетінде химиялық реакцияға түсіп, кремний карбидінің қажетті шөгінділерін тұндырады. Кремний карбиді материалдарын дайындаудың көптеген әдістерінің ішінде химиялық буларды тұндыру арқылы дайындалған өнімдердің біркелкілігі мен тазалығы жоғары, бұл әдіс процесті басқаруға қабілетті. CVD кремний карбиді материалдары тамаша жылулық, электрлік және химиялық қасиеттердің бірегей үйлесіміне ие, бұл оларды өнімділігі жоғары материалдар қажет болатын жартылай өткізгіш өнеркәсібінде қолдануға өте қолайлы етеді. CVD кремний карбидінің құрамдас бөліктері тегістеу жабдықтарында, MOCVD жабдығында, Si эпитаксиалды жабдықта және SiC эпитаксиалды жабдықта, жылдам термиялық өңдеу жабдықтарында және басқа салаларда кеңінен қолданылады.
Бұл мақала дайындау кезінде әртүрлі технологиялық температураларда өсірілген жұқа қабықтардың сапасын талдауға бағытталған.CVD SiC жабыны, ең қолайлы процесс температурасын таңдау үшін. Тәжірибе субстрат ретінде графитті және реакция көзі ретінде трихлорметилсиланды (МТС) пайдаланады. SiC жабыны төмен қысымды CVD процесі және микроморфологиясы арқылы тұндырыладыCVD SiC жабыныоның құрылымдық тығыздығын талдау үшін электрондық микроскопты сканерлеу арқылы байқалады.
Графиттік негіздің бетінің температурасы өте жоғары болғандықтан, аралық газ десорбцияланып, субстрат бетінен шығарылады, ақырында субстрат бетінде қалған C және Si SiC жабындысын қалыптастыру үшін қатты фаза SiC түзеді. Жоғарыда көрсетілген CVD-SiC өсу процесіне сәйкес, температура газдың диффузиясына, МТС ыдырауына, тамшылардың пайда болуына және аралық газдың десорбциясы мен разрядына әсер ететінін көруге болады, сондықтан тұндыру температурасы SiC жабынының морфологиясында шешуші рөл атқарады. Қаптаманың микроскопиялық морфологиясы жабынның тығыздығының ең интуитивті көрінісі болып табылады. Сондықтан әртүрлі тұндыру температураларының CVD SiC жабынының микроскопиялық морфологиясына әсерін зерттеу қажет. MTS SiC жабынын 900~1600℃ аралығында ыдыратып, тұндыра алатындықтан, бұл тәжірибе C-SiC қабаттасу температурасының әсерін зерттеу үшін SiC жабынын дайындау үшін 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ және 1300℃ бес тұндыру температурасын таңдайды. Арнайы параметрлер 3-кестеде көрсетілген. 2-суретте әртүрлі тұндыру температураларында өсірілген CVD-SiC жабынының микроскопиялық морфологиясы көрсетілген.
Тұндыру температурасы 900 ℃ болғанда, барлық SiC талшық пішініне айналады. Бір талшықтың диаметрі шамамен 3,5 мкм, ал арақатынасы шамамен 3 (<10) екенін көруге болады. Оның үстіне, ол сансыз нано-SiC бөлшектерінен тұрады, сондықтан ол дәстүрлі SiC наноөткізгіштері мен бір кристалды SiC мұрттарынан ерекшеленетін поликристалды SiC құрылымына жатады. Бұл талшықты SiC негізсіз процесс параметрлерінен туындаған құрылымдық ақау болып табылады. Бұл SiC жабынының құрылымы салыстырмалы түрде бос және талшықты SiC арасында саңылаулар көп, ал тығыздығы өте төмен екенін көруге болады. Сондықтан бұл температура тығыз SiC жабындарын дайындауға жарамайды. Әдетте талшықты SiC құрылымдық ақаулар тұндыру температурасының тым төмен болуынан туындайды. Төмен температурада субстрат бетіне адсорбцияланған шағын молекулалардың энергиясы төмен және миграциялық қабілеті нашар. Сондықтан кішігірім молекулалар SiC дәндерінің (мысалы, дәннің ұшы сияқты) ең төменгі беттік бос энергиясына көшіп, өсуге бейім. Үздіксіз бағытталған өсу ақырында талшықты SiC құрылымдық ақауларын қалыптастырады.
CVD SiC жабынын дайындау:
Біріншіден, графит субстрат жоғары температуралы вакуумдық пешке орналастырылады және күлді кетіру үшін Ar атмосферасында 1500 ℃ температурада 1 сағат бойы сақталады. Содан кейін графиттік блокты 15х15х5 мм блокқа кесіп, SiC шөгуіне әсер ететін беттік кеуектерді жою үшін графиттік блоктың бетін 1200 көзді тегістеуішпен жылтыратады. Өңделген графит блогы сусыз этанолмен және тазартылған сумен жуылады, содан кейін кептіру үшін 100 ℃ пешке орналастырылады. Соңында графиттік негіз SiC тұндыру үшін құбырлы пештің негізгі температуралық аймағына орналастырылады. Химиялық буларды тұндыру жүйесінің принципиалды схемасы 1-суретте көрсетілген.
TheCVD SiC жабыныбөлшектердің өлшемі мен тығыздығын талдау үшін сканерлеу электронды микроскоп арқылы байқалды. Сонымен қатар, SiC жабынының шөгу жылдамдығы төмендегі формула бойынша есептелді: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Тұндыру жылдамдығы; м2–жабын үлгісінің массасы (мг); m1 – субстраттың массасы (мг); S-негіздің бетінің ауданы (мм2); t- тұндыру уақыты (h). CVD-SiC салыстырмалы түрде күрделі және процесті келесідей қорытындылауға болады: жоғары температурада МТС көміртегі көзі мен кремний көзінің шағын молекулаларын қалыптастыру үшін термиялық ыдырауға ұшырайды. Көміртек көзінің шағын молекулаларына негізінен CH3, C2H2 және C2H4 кіреді, ал кремний көзінің кіші молекулаларына негізінен SiCI2, SiCI3 және т.б. кіреді; бұл көміртегі көзі және кремний көзінің шағын молекулалары кейін тасымалдаушы газ және еріткіш газ арқылы графит субстратының бетіне тасымалданады, содан кейін бұл шағын молекулалар адсорбция түрінде субстрат бетіне адсорбцияланады, содан кейін кіші молекулалар арасында химиялық реакциялар пайда болып, ұсақ тамшылар пайда болады, сонымен бірге реакция біртіндеп өседі, тамшылар да біртіндеп өседі. аралық жанама өнімдердің (HCl газы) түзілуімен бірге жүреді; Температура 1000 ℃ дейін көтерілгенде, SiC жабынының тығыздығы айтарлықтай жақсарады. Қаптаманың көп бөлігі SiC түйіршіктерінен (шамамен 4мкм) тұратынын көруге болады, бірақ кейбір талшықты SiC ақаулары да кездеседі, бұл осы температурада SiC әлі де бағытты өсу бар екенін және жабын әлі де жеткілікті тығыз емес екенін көрсетеді. Температура 1100 ℃ дейін көтерілгенде, SiC жабыны өте тығыз және талшықты SiC ақаулары толығымен жойылғанын көруге болады. Қаптама диаметрі шамамен 5~10мкм болатын тамшы тәрізді SiC бөлшектерінен тұрады, олар тығыз біріктірілген. Бөлшектердің беті өте өрескел. Ол сансыз нано масштабты SiC дәндерінен тұрады. Шын мәнінде, 1100 ℃ температурада CVD-SiC өсу процесі массалық тасымалдау басқарылатын болды. Субстрат бетінде адсорбцияланған шағын молекулалардың ядроға айналуы және SiC түйіршіктеріне айналуы үшін жеткілікті энергия мен уақыт бар. SiC түйіршіктері біркелкі үлкен тамшылар түзеді. Беттік энергияның әсерінен тамшылардың көпшілігі сфералық болып көрінеді, ал тамшылар тығыз SiC жабыны түзу үшін тығыз біріктіріледі. Температура 1200℃ дейін көтерілгенде, SiC жабыны да тығыз болады, бірақ SiC морфологиясы көп қырлы болып, жабынның беті кедір-бұдыр болып көрінеді. Температура 1300 ℃ дейін көтерілгенде, графиттік субстраттың бетінде диаметрі шамамен 3 мкм болатын қалыпты сфералық бөлшектердің көп саны кездеседі. Өйткені бұл температурада SiC газ фазасының ядросына айналды және МТС ыдырау жылдамдығы өте жылдам. Шағын молекулалар субстрат бетінде адсорбцияланбай тұрып SiC түйіршіктерін түзу үшін реакцияға түсіп, ядроланады. Дәндер сфералық бөлшектерді қалыптастырғаннан кейін олар төмен түседі, нәтижесінде тығыздығы нашар SiC бөлшектерінің борпылдақ жабыны пайда болады. Әлбетте, 1300℃ тығыз SiC жабынының қалыптау температурасы ретінде пайдаланыла алмайды. Жан-жақты салыстыру, егер тығыз SiC жабыны дайындалатын болса, оңтайлы CVD тұндыру температурасы 1100 ℃ екенін көрсетеді.
3-суретте әртүрлі тұндыру температураларында CVD SiC жабындарының шөгу жылдамдығы көрсетілген. Тұндыру температурасы жоғарылаған сайын SiC жабынының шөгу жылдамдығы біртіндеп төмендейді. 900°С тұндыру жылдамдығы 0,352 мг·сағ-1/мм2, ал талшықтардың бағытты өсуі ең жылдам тұндыру жылдамдығына әкеледі. Ең жоғары тығыздығы бар жабынның шөгу жылдамдығы 0,179 мг·сағ-1/мм2. Кейбір SiC бөлшектерінің шөгуіне байланысты 1300°С-та шөгу жылдамдығы ең төмен, небәрі 0,027 мг·сағ-1/мм2. Қорытынды: Ең жақсы CVD тұндыру температурасы 1100 ℃. Төмен температура SiC бағытты өсуіне ықпал етеді, ал жоғары температура SiC будың тұнбасын тудырады және сирек жабынға әкеледі. Тұндыру температурасының жоғарылауымен тұндыру жылдамдығыCVD SiC жабыныбірте-бірте азаяды.
Хабарлама уақыты: 26 мамыр 2025 ж