ឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពផ្សេងៗគ្នាលើការលូតលាស់នៃថ្នាំកូត SiC CVD

តើថ្នាំកូត SiC CVD ជាអ្វី?

ការដាក់ចំហាយគីមី (CVD) គឺជាដំណើរការដាក់ចំហាយក្នុងសុញ្ញកាសដែលប្រើសម្រាប់ផលិតសម្ភារៈរឹងដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់។ ដំណើរការនេះត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់នៅក្នុងវិស័យផលិតឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកដើម្បីបង្កើតជាខ្សែភាពយន្តស្តើងៗនៅលើផ្ទៃនៃបន្ទះសៀគ្វី។ នៅក្នុងដំណើរការនៃការរៀបចំស៊ីលីកុនកាប៊ីតដោយ CVD ស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានប៉ះពាល់ទៅនឹងសារធាតុមុនងាយនឹងបង្កជាឧស្ម័នមួយ ឬច្រើន ដែលមានប្រតិកម្មគីមីនៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមដើម្បីដាក់ស្រទាប់ស៊ីលីកុនកាប៊ីតដែលចង់បាន។ ក្នុងចំណោមវិធីសាស្រ្តជាច្រើនសម្រាប់ការរៀបចំសម្ភារៈស៊ីលីកុនកាប៊ីត ផលិតផលដែលរៀបចំដោយការដាក់ចំហាយគីមីមានភាពឯកសណ្ឋាន និងភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ជាង ហើយវិធីសាស្រ្តនេះមានសមត្ថភាពក្នុងការគ្រប់គ្រងដំណើរការយ៉ាងខ្លាំង។ សម្ភារៈ​ស៊ីលីកុន​កាប៊ីត CVD មាន​ការ​រួម​បញ្ចូល​គ្នា​ដ៏​ពិសេស​នៃ​លក្ខណៈ​សម្បត្តិ​កម្ដៅ អគ្គិសនី និង​គីមី​ដ៏​ល្អ​ឥត​ខ្ចោះ ដែល​ធ្វើ​ឱ្យ​វា​ស័ក្តិសម​ខ្លាំង​សម្រាប់​ប្រើប្រាស់​ក្នុង​ឧស្សាហកម្ម​ស៊ីមីកុងដុកទ័រ​ដែល​ត្រូវការ​សម្ភារៈ​ដំណើរការ​ខ្ពស់។ សមាសធាតុ​ស៊ីលីកុន​កាប៊ីត CVD ត្រូវ​បាន​គេ​ប្រើប្រាស់​យ៉ាង​ទូលំទូលាយ​នៅ​ក្នុង​ឧបករណ៍​ឆ្លាក់ ឧបករណ៍ MOCVD ឧបករណ៍ Si epitaxial និង SiC epitaxial ឧបករណ៍​ដំណើរការ​កម្ដៅ​រហ័ស និង​វិស័យ​ផ្សេងៗ​ទៀត។

អត្ថបទនេះផ្តោតលើការវិភាគគុណភាពនៃខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលដាំដុះនៅសីតុណ្ហភាពដំណើរការផ្សេងៗគ្នាក្នុងអំឡុងពេលរៀបចំថ្នាំកូត SiC CVDដើម្បីជ្រើសរើសសីតុណ្ហភាពដំណើរការសមស្របបំផុត។ ការពិសោធន៍នេះប្រើក្រាហ្វីតជាស្រទាប់ខាងក្រោម និងទ្រីក្លរ៉ូមេទីលស៊ីឡាន (MTS) ជាឧស្ម័នប្រភពប្រតិកម្ម។ ថ្នាំកូត SiC ត្រូវបានដាក់ដោយដំណើរការ CVD សម្ពាធទាប ហើយមីក្រូរូបវិទ្យានៃថ្នាំកូត SiC CVDត្រូវបានសង្កេតឃើញដោយមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កេន ដើម្បីវិភាគដង់ស៊ីតេរចនាសម្ព័ន្ធរបស់វា។

ដោយសារតែសីតុណ្ហភាពផ្ទៃនៃស្រទាប់ក្រាហ្វីតខ្ពស់ខ្លាំង ឧស្ម័នកម្រិតមធ្យមនឹងត្រូវបានស្រូបយក និងបញ្ចេញចេញពីផ្ទៃស្រទាប់ ហើយចុងក្រោយ C និង Si ដែលនៅសល់លើផ្ទៃស្រទាប់នឹងបង្កើតជា SiC ដំណាក់កាលរឹង ដើម្បីបង្កើតជាថ្នាំកូត SiC។ យោងតាមដំណើរការលូតលាស់ CVD-SiC ខាងលើ យើងអាចមើលឃើញថាសីតុណ្ហភាពនឹងប៉ះពាល់ដល់ការសាយភាយឧស្ម័ន ការរលួយនៃ MTS ការបង្កើតដំណក់ទឹក និងការរលួយ និងការបញ្ចេញឧស្ម័នកម្រិតមធ្យម ដូច្នេះសីតុណ្ហភាពនៃការដាក់នឹងដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ក្នុងរូបរាងនៃថ្នាំកូត SiC។ រូបរាងមីក្រូទស្សន៍នៃថ្នាំកូតគឺជាការបង្ហាញដ៏វិចារណញាណបំផុតនៃដង់ស៊ីតេនៃថ្នាំកូត។ ដូច្នេះ ចាំបាច់ត្រូវសិក្សាពីឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពដាក់ផ្សេងៗគ្នាលើរូបរាងមីក្រូទស្សន៍នៃថ្នាំកូត CVD SiC។ ដោយសារ MTS អាចរលួយ និងដាក់ថ្នាំកូត SiC រវាង 900~1600℃ ការពិសោធន៍នេះជ្រើសរើសសីតុណ្ហភាពដាក់ប្រាំគឺ 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ និង 1300℃ សម្រាប់ការរៀបចំថ្នាំកូត SiC ដើម្បីសិក្សាពីឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពលើថ្នាំកូត CVD-SiC។ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រជាក់លាក់ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងតារាងទី 3។ រូបភាពទី 2 បង្ហាញពីរូបរាងមីក្រូទស្សន៍នៃថ្នាំកូត CVD-SiC ដែលដាំដុះនៅសីតុណ្ហភាពដាក់ផ្សេងៗគ្នា។

នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពនៃការដាក់ SiC គឺ 900 ℃ SiC ទាំងអស់លូតលាស់ទៅជារាងសរសៃ។ យើងអាចមើលឃើញថាអង្កត់ផ្ចិតនៃសរសៃតែមួយគឺប្រហែល 3.5 μm ហើយសមាមាត្ររបស់វាគឺប្រហែល 3 (<10)។ លើសពីនេះ វាត្រូវបានផ្សំឡើងដោយភាគល្អិតណាណូ-SiC រាប់មិនអស់ ដូច្នេះវាជាកម្មសិទ្ធិរបស់រចនាសម្ព័ន្ធ SiC ពហុគ្រីស្តាល់ ដែលខុសពីខ្សែណាណូ SiC ប្រពៃណី និងពុកមាត់ SiC គ្រីស្តាល់តែមួយ។ SiC សរសៃនេះគឺជាពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធដែលបណ្តាលមកពីប៉ារ៉ាម៉ែត្រដំណើរការមិនសមហេតុផល។ យើងអាចមើលឃើញថារចនាសម្ព័ន្ធនៃថ្នាំកូត SiC នេះគឺរលុងទាក់ទងគ្នា ហើយមានរន្ធញើសមួយចំនួនធំរវាង SiC សរសៃ ហើយដង់ស៊ីតេគឺទាបណាស់។ ដូច្នេះសីតុណ្ហភាពនេះមិនស័ក្តិសមសម្រាប់ការរៀបចំថ្នាំកូត SiC ក្រាស់នោះទេ។ ជាធម្មតា ពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធ SiC សរសៃគឺបណ្តាលមកពីសីតុណ្ហភាពដាក់ទាបពេក។ នៅសីតុណ្ហភាពទាប ម៉ូលេគុលតូចៗដែលស្រូបយកនៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមមានថាមពលទាប និងសមត្ថភាពធ្វើចំណាកស្រុកមិនល្អ។ ដូច្នេះ ម៉ូលេគុលតូចៗមានទំនោរធ្វើចំណាកស្រុក និងលូតលាស់ទៅថាមពលសេរីផ្ទៃទាបបំផុតនៃគ្រាប់ SiC (ដូចជាចុងគ្រាប់)។ ការលូតលាស់ទិសដៅជាបន្តបន្ទាប់នៅទីបំផុតបង្កើតបានជាពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធ SiC សរសៃ។

ការរៀបចំថ្នាំកូត CVD SiC៖

ដំបូង ស្រទាប់ក្រាហ្វីតត្រូវបានដាក់ក្នុងឡចំហាយដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ហើយរក្សាទុកនៅសីតុណ្ហភាព 1500°C រយៈពេល 1 ម៉ោងក្នុងបរិយាកាស Ar ដើម្បីយកផេះចេញ។ បន្ទាប់មកប្លុកក្រាហ្វីតត្រូវបានកាត់ជាប្លុកទំហំ 15x15x5 ម.ម ហើយផ្ទៃនៃប្លុកក្រាហ្វីតត្រូវបានប៉ូលាដោយក្រដាសខ្សាច់ 1200-mesh ដើម្បីលុបបំបាត់រន្ធញើសលើផ្ទៃដែលប៉ះពាល់ដល់ការដាក់ SiC។ ប្លុកក្រាហ្វីតដែលបានព្យាបាលត្រូវបានលាងសម្អាតជាមួយអេតាណុលគ្មានជាតិទឹក និងទឹកចម្រោះ ហើយបន្ទាប់មកដាក់ក្នុងឡនៅសីតុណ្ហភាព 100°C សម្រាប់សម្ងួត។ ជាចុងក្រោយ ស្រទាប់ក្រាហ្វីតត្រូវបានដាក់ក្នុងតំបន់សីតុណ្ហភាពសំខាន់នៃឡបំពង់សម្រាប់ដាក់ SiC។ ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃប្រព័ន្ធដាក់ចំហាយគីមីត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1។

ទីថ្នាំកូត SiC CVDត្រូវបានសង្កេតឃើញដោយមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កេន ដើម្បីវិភាគទំហំភាគល្អិត និងដង់ស៊ីតេរបស់វា។ លើសពីនេះ អត្រានៃការដាក់ថ្នាំកូត SiC ត្រូវបានគណនាតាមរូបមន្តខាងក្រោម៖ VSiC = (ម២-ម១) / (ស) x ១០០% VSiC = អត្រា​នៃ​ការ​ដាក់​សារធាតុ​រាវ​; m2 – ម៉ាស់នៃសំណាកថ្នាំកូត (មីលីក្រាម); m1 – ម៉ាស់នៃស្រទាប់ខាងក្រោម (មីលីក្រាម); ផ្ទៃរាងអក្សរ S នៃស្រទាប់ខាងក្រោម (ម.ម.២); t គឺជាពេលវេលាដាក់ប្រាក់ (ម៉ោង)។   CVD-SiC មានភាពស្មុគស្មាញ ហើយដំណើរការនេះអាចសង្ខេបបានដូចខាងក្រោម៖ នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ MTS នឹងឆ្លងកាត់ការរលួយដោយកម្ដៅ ដើម្បីបង្កើតជាម៉ូលេគុលតូចៗពីប្រភពកាបូន និងប្រភពស៊ីលីកុន។ ម៉ូលេគុលតូចៗពីប្រភពកាបូនភាគច្រើនរួមមាន CH3, C2H2 និង C2H4 ហើយម៉ូលេគុលតូចៗពីប្រភពស៊ីលីកុនភាគច្រើនរួមមាន SiCI2, SiCI3 ជាដើម។ ម៉ូលេគុលតូចៗពីប្រភពកាបូន និងប្រភពស៊ីលីកុនទាំងនេះនឹងត្រូវបានដឹកជញ្ជូនទៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ក្រាហ្វីតដោយឧស្ម័នផ្ទុក និងឧស្ម័នពនឺ ហើយបន្ទាប់មកម៉ូលេគុលតូចៗទាំងនេះនឹងត្រូវបានស្រូបយកនៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមក្នុងទម្រង់ជាការស្រូបយក ហើយបន្ទាប់មកប្រតិកម្មគីមីនឹងកើតឡើងរវាងម៉ូលេគុលតូចៗ ដើម្បីបង្កើតជាដំណក់ទឹកតូចៗដែលលូតលាស់បន្តិចម្តងៗ ហើយដំណក់ទឹកក៏នឹងរលាយចូលគ្នាផងដែរ ហើយប្រតិកម្មនឹងត្រូវបានអមដោយការបង្កើតផលិតផលរងកម្រិតមធ្យម (ឧស្ម័ន HCl); នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើងដល់ 1000 ℃ ដង់ស៊ីតេនៃថ្នាំកូត SiC ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំង។ យើងអាចមើលឃើញថាថ្នាំកូតភាគច្រើនត្រូវបានផ្សំឡើងពីគ្រាប់ SiC (ទំហំប្រហែល 4 μm) ប៉ុន្តែពិការភាព SiC សរសៃមួយចំនួនក៏ត្រូវបានរកឃើញផងដែរ ដែលបង្ហាញថានៅតែមានការលូតលាស់ទិសដៅនៃ SiC នៅសីតុណ្ហភាពនេះ ហើយថ្នាំកូតនៅតែមិនក្រាស់គ្រប់គ្រាន់។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើងដល់ 1100 ℃ យើងអាចមើលឃើញថាថ្នាំកូត SiC មានដង់ស៊ីតេខ្ពស់ ហើយពិការភាព SiC សរសៃបានបាត់ទៅវិញទាំងស្រុង។ ថ្នាំកូតនេះត្រូវបានផ្សំឡើងពីភាគល្អិត SiC រាងដំណក់ទឹកដែលមានអង្កត់ផ្ចិតប្រហែល 5 ~ 10 μm ដែលត្រូវបានបញ្ចូលគ្នាយ៉ាងតឹងរ៉ឹង។ ផ្ទៃនៃភាគល្អិតគឺរដុបខ្លាំងណាស់។ វាត្រូវបានផ្សំឡើងពីគ្រាប់ SiC ខ្នាតណាណូរាប់មិនអស់។ តាមពិតទៅ ដំណើរការលូតលាស់ CVD-SiC នៅសីតុណ្ហភាព 1100 ℃ បានក្លាយជាការគ្រប់គ្រងការផ្ទេរម៉ាស។ ម៉ូលេគុលតូចៗដែលស្រូបយកនៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមមានថាមពល និងពេលវេលាគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីបង្កើតស្នូល និងលូតលាស់ទៅជាគ្រាប់ SiC។ គ្រាប់ SiC បង្កើតជាដំណក់ទឹកធំៗស្មើៗគ្នា។ ក្រោមសកម្មភាពនៃថាមពលផ្ទៃ ដំណក់ទឹកភាគច្រើនមើលទៅដូចជាស្វ៊ែរ ហើយដំណក់ទឹកទាំងនោះត្រូវបានផ្សំយ៉ាងតឹងរ៉ឹងដើម្បីបង្កើតជាថ្នាំកូត SiC ក្រាស់។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើងដល់ 1200°C ថ្នាំកូត SiC ក៏មានដង់ស៊ីតេខ្ពស់ដែរ ប៉ុន្តែរូបរាង SiC ក្លាយជាពហុជួរ ហើយផ្ទៃនៃថ្នាំកូតមើលទៅរដុបជាង។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើងដល់ 1300°C ភាគល្អិតស្វ៊ែរធម្មតាមួយចំនួនធំដែលមានអង្កត់ផ្ចិតប្រហែល 3μm ត្រូវបានរកឃើញនៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ក្រាហ្វីត។ នេះដោយសារតែនៅសីតុណ្ហភាពនេះ SiC ត្រូវបានបំលែងទៅជាការបង្កើតនុយក្លេអ៊ែរដំណាក់កាលឧស្ម័ន ហើយអត្រារលួយ MTS គឺលឿនណាស់។ ម៉ូលេគុលតូចៗបានប្រតិកម្ម និងបង្កើតនុយក្លេអ៊ែរដើម្បីបង្កើតជាគ្រាប់ SiC មុនពេលវាត្រូវបានស្រូបយកនៅលើផ្ទៃស្រទាប់។ បន្ទាប់ពីគ្រាប់បង្កើតជាភាគល្អិតស្វ៊ែរ វានឹងធ្លាក់ចុះក្រោម ដែលនៅទីបំផុតបណ្តាលឱ្យមានថ្នាំកូតភាគល្អិត SiC រលុងដែលមានដង់ស៊ីតេទាប។ ជាក់ស្តែង 1300°C មិនអាចប្រើជាសីតុណ្ហភាពបង្កើតនៃថ្នាំកូត SiC ក្រាស់បានទេ។ ការប្រៀបធៀបដ៏ទូលំទូលាយបង្ហាញថា ប្រសិនបើថ្នាំកូត SiC ក្រាស់ត្រូវរៀបចំ សីតុណ្ហភាពដាក់ CVD ល្អបំផុតគឺ 1100°C។

រូបភាពទី 3 បង្ហាញពីអត្រានៃការដាក់ថ្នាំកូត SiC CVD នៅសីតុណ្ហភាពដាក់ផ្សេងៗគ្នា។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពដាក់កើនឡើង អត្រាដាក់ថ្នាំកូត SiC ថយចុះបន្តិចម្តងៗ។ អត្រាដាក់នៅសីតុណ្ហភាព 900°C គឺ 0.352 mg·h-1/mm2 ហើយការលូតលាស់ទិសដៅនៃសរសៃនាំឱ្យមានអត្រាដាក់លឿនបំផុត។ អត្រាដាក់ថ្នាំកូតដែលមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់បំផុតគឺ 0.179 mg·h-1/mm2។ ដោយសារតែការដាក់ភាគល្អិត SiC មួយចំនួន អត្រាដាក់នៅសីតុណ្ហភាព 1300°C គឺទាបបំផុត ត្រឹមតែ 0.027 mg·h-1/mm2 ប៉ុណ្ណោះ។   សេចក្តីសន្និដ្ឋាន៖ សីតុណ្ហភាពដាក់ CVD ល្អបំផុតគឺ 1100℃។ សីតុណ្ហភាពទាបជំរុញការលូតលាស់ទិសដៅនៃ SiC ខណៈពេលដែលសីតុណ្ហភាពខ្ពស់បណ្តាលឱ្យ SiC បង្កើតការដាក់ចំហាយទឹក និងបណ្តាលឱ្យមានថ្នាំកូតរលុង។ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាពដាក់ អត្រាដាក់ថ្នាំកូត SiC CVDថយចុះបន្តិចម្តងៗ។