CVD SiC жабыны дегеніміз не?
Химиялық бумен тұндыру (ХБТ) - жоғары тазалықтағы қатты материалдарды алу үшін қолданылатын вакуумдық тұндыру процесі. Бұл процесс көбінесе жартылай өткізгіш өндіріс саласында пластиналардың бетінде жұқа қабықшалар қалыптастыру үшін қолданылады. ХБТ арқылы кремний карбидін дайындау процесінде негіз бір немесе бірнеше ұшпа прекурсорларға ұшырайды, олар негіздің бетінде химиялық реакцияға түсіп, қажетті кремний карбиді шөгінділерін тұндыру үшін әрекеттеседі. Кремний карбиді материалдарын дайындаудың көптеген әдістерінің ішінде химиялық бумен тұндыру арқылы дайындалған өнімдердің біркелкілігі мен тазалығы жоғары, және бұл әдіс процесті басқарудың күшті мүмкіндігіне ие. CVD кремний карбидінің материалдары тамаша термиялық, электрлік және химиялық қасиеттердің бірегей үйлесіміне ие, бұл оларды жоғары өнімді материалдар қажет болатын жартылай өткізгіш өнеркәсібінде қолдануға өте қолайлы етеді. CVD кремний карбидінің компоненттері ою жабдықтарында, MOCVD жабдықтарында, Si эпитаксиалды жабдықтарында және SiC эпитаксиалды жабдықтарында, жылдам термиялық өңдеу жабдықтарында және басқа да салаларда кеңінен қолданылады.
Бұл мақала дайындау кезінде әртүрлі температурада өсірілген жұқа қабықшалардың сапасын талдауға бағытталған.CVD SiC жабыны, ең қолайлы процесс температурасын таңдау үшін. Тәжірибеде субстрат ретінде графит және реакция көзі газы ретінде трихлорметилсилан (MTS) қолданылады. SiC жабыны төмен қысымды CVD процесі арқылы тұндырылады және микроморфологиясыCVD SiC жабынықұрылымдық тығыздығын талдау үшін сканерлеуші электронды микроскопия арқылы бақыланады.
Графит негізінің беткі температурасы өте жоғары болғандықтан, аралық газ десорбцияланып, негіз бетінен шығарылады, ал соңында негіз бетінде қалған C және Si қатты фазалы SiC түзіп, SiC жабынын түзеді. Жоғарыда аталған CVD-SiC өсу процесіне сәйкес, температура газдың диффузиясына, MTS ыдырауына, тамшылардың пайда болуына және аралық газдың десорбциясы мен шығарылуына әсер ететінін көруге болады, сондықтан тұндыру температурасы SiC жабынының морфологиясында маңызды рөл атқарады. Жабынның микроскопиялық морфологиясы жабын тығыздығының ең интуитивті көрінісі болып табылады. Сондықтан, CVD SiC жабынының микроскопиялық морфологиясына әртүрлі тұндыру температураларының әсерін зерттеу қажет. MTS SiC жабынын 900~1600℃ аралығында ыдыратып, тұндыра алатындықтан, бұл тәжірибе температураның CVD-SiC жабынына әсерін зерттеу үшін SiC жабынын дайындау үшін 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ және 1300℃ бес тұндыру температурасын таңдайды. Нақты 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 оның арақатынасы шамамен 3 (<10) екенін көруге болады. Сонымен қатар, ол сансыз нано-SiC бөлшектерінен тұрады, сондықтан ол дәстүрлі SiC наносымдары мен монокристалды SiC мұрттыларынан өзгеше поликристалды SiC құрылымына жатады. Бұл талшықты SiC - негізсіз процесс параметрлерінен туындаған құрылымдық ақау. Бұл SiC жабынының құрылымы салыстырмалы түрде бос екенін және талшықты SiC арасында көптеген тесіктер бар екенін және тығыздығы өте төмен екенін көруге болады. Сондықтан бұл температура тығыз SiC жабындарын дайындауға жарамайды. Әдетте, талшықты SiC құрылымдық ақаулары тұндыру температурасының тым төмен болуынан туындайды. Төмен температурада субстрат бетінде адсорбцияланған ұсақ молекулалардың энергиясы төмен және миграция қабілеті нашар. Сондықтан ұсақ молекулалар SiC дәндерінің (мысалы, дәннің ұшы) ең төменгі беттік бос энергиясына дейін миграцияланады және өседі. Үздіксіз бағытталған өсу ақырында талшықты SiC құрылымдық ақауларын қалыптастырады.
CVD SiC жабынын дайындау:
Алдымен графит негізі жоғары температуралы вакуумды пешке салынып, күлді кетіру үшін Ar атмосферасында 1 сағат бойы 1500℃ температурада ұсталады. Содан кейін графит блогы 15x15x5 мм өлшемді блокқа кесіледі, ал графит блогының беті SiC шөгуіне әсер ететін беткі тесіктерді жою үшін 1200 торлы зімпарамен жылтыратылады. Өңделген графит блогы сусыз этанолмен және тазартылған сумен жуылады, содан кейін кептіру үшін 100℃ температурадағы пешке қойылады. Соңында, графит негізі SiC шөгу үшін құбырлы пештің негізгі температуралық аймағына орналастырылады. Химиялық бу шөгу жүйесінің схемалық диаграммасы 1-суретте көрсетілген.
TheCVD SiC жабыныбөлшектерінің өлшемі мен тығыздығын талдау үшін сканерлеуші электронды микроскопия арқылы бақыланды. Сонымен қатар, SiC жабынының тұндыру жылдамдығы төмендегі формула бойынша есептелді: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Тұндыру жылдамдығы; м2 – жабын үлгісінің массасы (мг); m1 – субстраттың массасы (мг); S-негіз бетінің ауданы (мм2); t-тұндыру уақыты (сағ). CVD-SiC салыстырмалы түрде күрделі және процесті келесідей қорытындылауға болады: жоғары температурада MTS көміртегі және кремний көзінің ұсақ молекулаларын қалыптастыру үшін термиялық ыдырауға ұшырайды. Көміртегі көзінің ұсақ молекулаларына негізінен CH3, C2H2 және C2H4, ал кремний көзінің ұсақ молекулаларына негізінен SiCI2, SiCI3 және т.б. кіреді; бұл көміртегі және кремний көзінің ұсақ молекулалары тасымалдаушы газ және сұйылтқыш газ арқылы графит субстратының бетіне тасымалданады, содан кейін бұл ұсақ молекулалар субстрат бетінде адсорбция түрінде адсорбцияланады, содан кейін ұсақ молекулалар арасында химиялық реакциялар жүріп, біртіндеп өсетін ұсақ тамшылар түзіледі, тамшылар да бірігеді, ал реакция аралық қосалқы өнімдердің (HCl газы) түзілуімен қатар жүреді; Температура 1000 ℃ дейін көтерілгенде, SiC жабынының тығыздығы айтарлықтай жақсарады. Жабынның көп бөлігі SiC түйіршіктерінен (шамамен 4 мкм өлшемде) тұратынын көруге болады, бірақ кейбір талшықты SiC ақаулары да кездеседі, бұл осы температурада SiC-тің бағытты өсуі әлі де бар екенін және жабын әлі де жеткілікті тығыз емес екенін көрсетеді. Температура 1100 ℃ дейін көтерілгенде, SiC жабынының өте тығыз екенін және талшықты SiC ақауларының толығымен жойылғанын көруге болады. Жабын диаметрі шамамен 5 ~ 10 мкм болатын тамшы тәрізді SiC бөлшектерінен тұрады, олар тығыз біріктірілген. Бөлшектердің беті өте кедір-бұдыр. Ол сансыз наноөлшемді SiC түйіршіктерінен тұрады. Шын мәнінде, 1100 ℃ температурадағы CVD-SiC өсу процесі масса алмасуын бақылауға алынды. Субстрат бетінде адсорбцияланған ұсақ молекулалардың ядролануы және SiC түйіршіктеріне айналуы үшін жеткілікті энергиясы мен уақыты бар. SiC түйіршіктері біркелкі үлкен тамшыларды құрайды. Беттік энергияның әсерінен тамшылардың көпшілігі сфералық болып көрінеді, ал тамшылар тығыз SiC жабынын түзу үшін тығыз біріктіріледі. Температура 1200℃ дейін көтерілгенде, SiC жабыны да тығыз болады, бірақ SiC морфологиясы көпқырлы болады және жабынның беті кедір-бұдыр болып көрінеді. Температура 1300℃ дейін көтерілгенде, графит негізінің бетінде диаметрі шамамен 3 мкм болатын көптеген тұрақты сфералық бөлшектер кездеседі. Себебі, бұл температурада SiC газ фазалық ядролануына айналады және MTS ыдырау жылдамдығы өте жылдам. Кішкентай молекулалар негіз бетінде адсорбцияланбас бұрын SiC түйіршіктерін қалыптастыру үшін реакцияға түсіп, ядроланады. Түйіршіктер сфералық бөлшектерді түзгеннен кейін олар төмен түседі, нәтижесінде тығыздығы төмен борпылдақ SiC бөлшектерінің жабыны пайда болады. Әрине, 1300℃ тығыз SiC жабынының қалыптасу температурасы ретінде пайдаланылмайды. Жан-жақты салыстыру көрсеткендей, егер тығыз SiC жабыны дайындалатын болса, оңтайлы CVD тұндыру температурасы 1100℃ болады.
3-суретте әртүрлі тұндыру температураларындағы CVD SiC жабындарының тұндыру жылдамдығы көрсетілген. Тұндыру температурасы артқан сайын SiC жабынының тұндыру жылдамдығы біртіндеп төмендейді. 900°C температурадағы тұндыру жылдамдығы 0,352 мг·сағ-1/мм2 құрайды, ал талшықтардың бағытта өсуі ең жылдам тұндыру жылдамдығына әкеледі. Ең жоғары тығыздықтағы жабынның тұндыру жылдамдығы 0,179 мг·сағ-1/мм2 құрайды. Кейбір SiC бөлшектерінің тұндыруына байланысты 1300°C температурадағы тұндыру жылдамдығы ең төмен, тек 0,027 мг·сағ-1/мм2. Қорытынды: Ең жақсы CVD тұндыру температурасы - 1100℃. Төмен температура SiC-тің бағытта өсуіне ықпал етеді, ал жоғары температура SiC-тің бу тұндыруын тудырады және сирек жабынға әкеледі. Тұндыру температурасының жоғарылауымен тұндыру жылдамдығы...CVD SiC жабыныбіртіндеп азаяды.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 26 мамыр