ឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពផ្សេងៗគ្នាលើការលូតលាស់នៃថ្នាំកូត CVD SiC

តើថ្នាំកូត CVD SiC ជាអ្វី?

ការបំភាយចំហាយគីមី (CVD) គឺជាដំណើរការបំភាយឧស្ម័នដែលប្រើសម្រាប់ផលិតវត្ថុធាតុរឹងដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់។ ដំណើរការនេះត្រូវបានគេប្រើជាញឹកញាប់នៅក្នុងវិស័យផលិត semiconductor ដើម្បីបង្កើតជាខ្សែភាពយន្តស្តើងនៅលើផ្ទៃនៃ wafers ។ នៅក្នុងដំណើរការនៃការរៀបចំ silicon carbide ដោយ CVD ស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានប៉ះពាល់ទៅនឹងសារធាតុងាយនឹងបង្កជាហេតុមួយ ឬច្រើន ដែលមានប្រតិកម្មគីមីទៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមដើម្បីដាក់ប្រាក់បញ្ញើស៊ីលីកុន carbide ដែលចង់បាន។ ក្នុងចំណោមវិធីសាស្រ្តជាច្រើនសម្រាប់ការរៀបចំសមា្ភារៈស៊ីលីកុនកាបូន ផលិតផលដែលរៀបចំដោយការបំភាយចំហាយគីមីមានឯកសណ្ឋាននិងភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ជាង ហើយវិធីសាស្ត្រនេះមានការគ្រប់គ្រងដំណើរការខ្លាំង។ សមា្ភារៈស៊ីលីកុនកាបូន CVD មានការរួមបញ្ចូលគ្នាតែមួយគត់នៃលក្ខណៈសម្បត្តិកម្ដៅ អគ្គិសនី និងគីមីដ៏ល្អឥតខ្ចោះ ដែលធ្វើឱ្យវាស័ក្តិសមសម្រាប់ប្រើប្រាស់ក្នុងឧស្សាហកម្ម semiconductor ដែលត្រូវការវត្ថុធាតុដើមដែលមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់។ សមាសធាតុស៊ីលីកុន CVD ត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងឧបករណ៍ etching ឧបករណ៍ MOCVD ឧបករណ៍ Si epitaxial និងឧបករណ៍ SiC epitaxial ឧបករណ៍ដំណើរការកំដៅរហ័ស និងផ្នែកផ្សេងៗទៀត។

អត្ថបទនេះផ្តោតលើការវិភាគគុណភាពនៃខ្សែភាពយន្តស្តើងដែលដាំដុះនៅសីតុណ្ហភាពដំណើរការខុសៗគ្នាកំឡុងពេលរៀបចំថ្នាំកូត CVD SiCដើម្បីជ្រើសរើសសីតុណ្ហភាពដំណើរការសមស្របបំផុត។ ការពិសោធន៍ប្រើក្រាហ្វីតជាស្រទាប់ខាងក្រោម និង trichloromethylsilane (MTS) ជាឧស្ម័នប្រភពប្រតិកម្ម។ ថ្នាំកូត SiC ត្រូវបានដាក់ដោយដំណើរការ CVD សម្ពាធទាប និង micromorphology នៃថ្នាំកូត CVD SiCត្រូវបានអង្កេតដោយការស្កែនមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង ដើម្បីវិភាគដង់ស៊ីតេរចនាសម្ព័ន្ធរបស់វា។

ដោយសារតែសីតុណ្ហភាពផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមក្រាហ្វិចខ្ពស់ខ្លាំង ឧស្ម័នកម្រិតមធ្យមនឹងត្រូវបានរំលាយ និងបញ្ចេញចេញពីផ្ទៃស្រទាប់ខាងក្រោម ហើយទីបំផុត C និង Si ដែលនៅសេសសល់លើផ្ទៃស្រទាប់ខាងក្រោមនឹងបង្កើតបានជាដំណាក់កាលរឹង SiC ដើម្បីបង្កើតជាថ្នាំកូត SiC ។ យោងតាមដំណើរការនៃការលូតលាស់ CVD-SiC ខាងលើ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថា សីតុណ្ហភាពនឹងប៉ះពាល់ដល់ការសាយភាយនៃឧស្ម័ន ការរលាយនៃ MTS ការបង្កើតដំណក់ទឹក និងការជ្រាបចូល និងការហូរចេញនៃឧស្ម័នកម្រិតមធ្យម ដូច្នេះសីតុណ្ហភាពនៃការដាក់បញ្ចូលនឹងដើរតួយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុង morphology នៃថ្នាំកូត SiC ។ ទម្រង់មីក្រូទស្សន៍នៃថ្នាំកូតគឺជាការបង្ហាញវិចារណញាណបំផុតនៃដង់ស៊ីតេនៃថ្នាំកូត។ ដូច្នេះ ចាំបាច់ត្រូវសិក្សាពីឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពនៃការដាក់បញ្ចូលផ្សេងៗគ្នាលើរូបវិទ្យាមីក្រូទស្សន៍នៃថ្នាំកូត CVD SiC ។ ដោយសារ MTS អាចរលួយ និងដាក់ថ្នាំកូត SiC ចន្លោះពី 900 ~ 1600 ℃ ការពិសោធន៍នេះជ្រើសរើសសីតុណ្ហភាព 5 នៃ 900 ℃ 1000 ℃ 1100 ℃ 1200 ℃ និង 1300 ℃ សម្រាប់ការរៀបចំថ្នាំកូត SiC ដើម្បីសិក្សាពីឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពលើថ្នាំកូត CVD-SiC ។ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រជាក់លាក់ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងតារាងទី 3 ។ រូបភាពទី 2 បង្ហាញពីរូបវិទ្យាមីក្រូទស្សន៍នៃថ្នាំកូត CVD-SiC ដែលលូតលាស់នៅសីតុណ្ហភាពនៃការដាក់បញ្ចូលផ្សេងៗគ្នា។

នៅ​ពេល​ដែល​សីតុណ្ហភាព​នៃ​ការ​ធ្លាក់​ចុះ​គឺ 900 ℃ SiC ទាំងអស់​លូតលាស់​ទៅ​ជា​រាង​សរសៃ​។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថាអង្កត់ផ្ចិតនៃសរសៃតែមួយគឺប្រហែល 3.5μm ហើយសមាមាត្ររបស់វាគឺប្រហែល 3 (<10) ។ លើសពីនេះទៅទៀត វាត្រូវបានផ្សំឡើងដោយភាគល្អិតណាណូ-SiC រាប់មិនអស់ ដូច្នេះវាជាកម្មសិទ្ធិរបស់រចនាសម្ព័ន្ធ SiC polycrystalline ដែលខុសពី SiC nanowires ប្រពៃណី និងវីស្គី SiC គ្រីស្តាល់តែមួយ។ SiC fibrous នេះគឺជាពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធដែលបណ្តាលមកពីប៉ារ៉ាម៉ែត្រដំណើរការមិនសមហេតុផល។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថារចនាសម្ព័ន្ធនៃថ្នាំកូត SiC នេះគឺមានភាពធូររលុងហើយមានរន្ធញើសជាច្រើននៅចន្លោះសរសៃ SiC ហើយដង់ស៊ីតេគឺទាបណាស់។ ដូច្នេះសីតុណ្ហភាពនេះមិនសមស្របសម្រាប់ការរៀបចំថ្នាំកូត SiC ក្រាស់នោះទេ។ ជាធម្មតា ពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធ SiC សរសៃត្រូវបានបង្កឡើងដោយសីតុណ្ហភាពនៃស្រទាប់ទាបពេក។ នៅសីតុណ្ហភាពទាប ម៉ូលេគុលតូចៗដែលស្រូបយកលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមមានថាមពលទាប និងសមត្ថភាពធ្វើចំណាកស្រុកខ្សោយ។ ដូច្នេះ ម៉ូលេគុលតូចៗមានទំនោរធ្វើចំណាកស្រុក និងលូតលាស់ទៅជាថាមពលគ្មានផ្ទៃទាបបំផុតនៃគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC (ដូចជាចុងគ្រាប់ធញ្ញជាតិ)។ ការលូតលាស់តាមទិសដៅបន្តបន្ទាប់គ្នាបង្កើតបានជាពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធ SiC fibrous ។

ការរៀបចំថ្នាំកូត CVD SiC៖

ទីមួយ ស្រទាប់ខាងក្រោមក្រាហ្វីតត្រូវបានដាក់ក្នុងឡដែលមានសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ហើយរក្សាទុកនៅសីតុណ្ហភាព 1500 ℃ រយៈពេល 1 ម៉ោងក្នុងបរិយាកាស Ar សម្រាប់ការដកផេះចេញ។ បន្ទាប់មកប្លុកក្រាហ្វីតត្រូវបានកាត់ចូលទៅក្នុងប្លុកទំហំ 15x15x5mm ហើយផ្ទៃនៃប្លុកក្រាហ្វិចត្រូវបានប៉ូលាជាមួយនឹងក្រដាសខ្សាច់ 1200-mesh ដើម្បីលុបបំបាត់រន្ធញើសលើផ្ទៃដែលប៉ះពាល់ដល់ស្រទាប់ស៊ីអ៊ីស៊ី។ ប្លុកក្រាហ្វីតដែលត្រូវបានព្យាបាលត្រូវលាងសម្អាតដោយអេតាណុលគ្មានជាតិទឹក និងទឹកចម្រោះ ហើយបន្ទាប់មកដាក់ក្នុងឡនៅសីតុណ្ហភាព 100 ℃ ដើម្បីសម្ងួត។ ជាចុងក្រោយ ស្រទាប់ខាងក្រោមក្រាហ្វិចត្រូវបានដាក់នៅក្នុងតំបន់សីតុណ្ហភាពសំខាន់នៃឡចំហាយបំពង់សម្រាប់ការទម្លាក់ SiC ។ ដ្យាក្រាមគ្រោងការណ៍នៃប្រព័ន្ធបំភាយចំហាយគីមីត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 ។

នេះ។ថ្នាំកូត CVD SiCត្រូវបានគេសង្កេតឃើញដោយការស្កែនមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុង ដើម្បីវិភាគទំហំភាគល្អិត និងដង់ស៊ីតេរបស់វា។ លើសពីនេះ អត្រានៃការដាក់ស្រទាប់ SiC ត្រូវបានគណនាតាមរូបមន្តខាងក្រោម៖ VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=អត្រា​នៃ​ការ​ធ្លាក់​ចុះ; m2- ម៉ាស់គំរូថ្នាំកូត (mg); m1 - ម៉ាសនៃស្រទាប់ខាងក្រោម (mg); ផ្ទៃ S នៃស្រទាប់ខាងក្រោម (mm2); t - ពេលវេលានៃការដាក់ប្រាក់ (ម៉ោង) ។   CVD-SiC មានភាពស្មុគស្មាញបន្តិច ហើយដំណើរការអាចត្រូវបានសង្ខេបដូចខាងក្រោម: នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ MTS នឹងឆ្លងកាត់ការរលាយកម្ដៅដើម្បីបង្កើតជាប្រភពកាបូន និងម៉ូលេគុលតូចៗនៃប្រភពស៊ីលីកុន។ ប្រភពកាបូនម៉ូលេគុលតូចៗភាគច្រើនរួមមាន CH3, C2H2 និង C2H4 ហើយម៉ូលេគុលតូចៗប្រភពស៊ីលីកុនរួមមាន SiCI2, SiCI3 ជាដើម។ ប្រភពកាបូន និងប្រភពស៊ីលីកុន ម៉ូលេគុលតូចៗទាំងនេះ នឹងត្រូវបានបញ្ជូនទៅកាន់ផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមក្រាហ្វិច ដោយឧស្ម័នក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន និងឧស្ម័នរលាយ ហើយបន្ទាប់មក ម៉ូលេគុលតូចៗទាំងនេះនឹងត្រូវបានស្រូបយកលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមក្នុងទម្រង់ជា adsorption ហើយបន្ទាប់មក ប្រតិកម្មគីមីនឹងកើតឡើងរវាងម៉ូលេគុលតូចៗ ដើម្បីបង្កើតជាដំណក់ទឹកតូចៗ ដែលបណ្តោលឡើង និងប្រតិកម្ម។ ការបង្កើតអនុផលមធ្យម (ឧស្ម័ន HCl); នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពឡើងដល់ 1000 ℃ ដង់ស៊ីតេនៃថ្នាំកូត SiC ត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំង។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថាភាគច្រើននៃថ្នាំកូតត្រូវបានផ្សំឡើងដោយគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC (ទំហំប្រហែល 4μm) ប៉ុន្តែការខ្វះខាតសរសៃ SiC មួយចំនួនក៏ត្រូវបានរកឃើញផងដែរ ដែលបង្ហាញថានៅតែមានការរីកលូតលាស់តាមទិសដៅនៃ SiC នៅសីតុណ្ហភាពនេះ ហើយថ្នាំកូតនៅតែមិនក្រាស់គ្រប់គ្រាន់។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពឡើងដល់ 1100 ℃ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញថាថ្នាំកូត SiC គឺក្រាស់ណាស់ ហើយពិការភាព SiC សរសៃបានបាត់ទាំងស្រុង។ ស្រទាប់ស្រោបត្រូវបានផ្សំឡើងដោយភាគល្អិត SiC រាងជាដំណក់ទឹកដែលមានអង្កត់ផ្ចិតប្រហែល 5 ~ 10μm ដែលត្រូវបានបញ្ចូលគ្នាយ៉ាងតឹងរ៉ឹង។ ផ្ទៃនៃភាគល្អិតគឺរដុបណាស់។ វាត្រូវបានផ្សំឡើងពីគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC ខ្នាតណាណូរាប់មិនអស់។ តាមពិតដំណើរការលូតលាស់ CVD-SiC នៅ 1100 ℃ បានក្លាយជាការគ្រប់គ្រងការផ្ទេរដ៏ធំ។ ម៉ូលេគុលតូចៗដែលស្រូបយកលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមមានថាមពល និងពេលវេលាគ្រប់គ្រាន់ដើម្បី nucleate និងលូតលាស់ទៅជាគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC ។ គ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC បង្កើតបានជាដំណក់ទឹកធំៗ។ នៅក្រោមសកម្មភាពនៃថាមពលលើផ្ទៃ ដំណក់ទឹកភាគច្រើនលេចចេញជារាងស្វ៊ែរ ហើយដំណក់ទឹកត្រូវបានបញ្ចូលគ្នាយ៉ាងតឹងរឹងដើម្បីបង្កើតជាថ្នាំកូត SiC ក្រាស់។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពឡើងដល់ 1200 ℃ ថ្នាំកូត SiC ក៏ក្រាស់ដែរ ប៉ុន្តែទម្រង់រូបវិទ្យា SiC ប្រែជាច្រេះច្រើន ហើយផ្ទៃនៃថ្នាំកូតហាក់ដូចជារដុបជាង។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើងដល់ 1300 ℃ ភាគល្អិតស្វ៊ែរធម្មតាមួយចំនួនធំដែលមានអង្កត់ផ្ចិតប្រហែល 3μm ត្រូវបានរកឃើញនៅលើផ្ទៃនៃស្រទាប់ខាងក្រោមក្រាហ្វិច។ នេះគឺដោយសារតែនៅសីតុណ្ហភាពនេះ SiC ត្រូវបានបំលែងទៅជា nucleation ដំណាក់កាលឧស្ម័ន ហើយអត្រា decomposition MTS គឺលឿនណាស់។ ម៉ូលេគុលតូចៗមានប្រតិកម្ម និងបង្កើតជាគ្រាប់ធញ្ញជាតិ SiC មុនពេលពួកវាត្រូវបានស្រូបយកនៅលើផ្ទៃស្រទាប់ខាងក្រោម។ បន្ទាប់ពីគ្រាប់ធញ្ញជាតិបង្កើតជាភាគល្អិតស្វ៊ែរ ពួកវានឹងធ្លាក់ចុះនៅខាងក្រោម ដែលនៅទីបំផុតបណ្តាលឱ្យមានស្រទាប់ភាគល្អិត SiC រលុងជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេខ្សោយ។ ជាក់ស្តែង 1300 ℃ មិនអាចប្រើជាសីតុណ្ហភាពបង្កើតថ្នាំកូត SiC ក្រាស់បានទេ។ ការប្រៀបធៀបដ៏ទូលំទូលាយបង្ហាញថាប្រសិនបើថ្នាំកូត SiC ក្រាស់ត្រូវបានរៀបចំ នោះសីតុណ្ហភាពនៃការដាក់ CVD ល្អបំផុតគឺ 1100 ℃។

រូបភាពទី 3 បង្ហាញពីអត្រានៃការដាក់ស្រទាប់ CVD SiC នៅសីតុណ្ហភាពនៃការដាក់បញ្ចូលផ្សេងៗគ្នា។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពនៃការដាក់បញ្ចូលកើនឡើង អត្រានៃការដាក់ថ្នាំកូត SiC ថយចុះជាលំដាប់។ អត្រានៃការបន្ទោរបង់នៅ 900°C គឺ 0.352 mg·h-1/mm2 ហើយការលូតលាស់តាមទិសដៅនៃសរសៃនាំទៅរកអត្រាការប្រាក់លឿនបំផុត។ អត្រានៃការរលាយនៃថ្នាំកូតដែលមានដង់ស៊ីតេខ្ពស់បំផុតគឺ 0.179 mg·h-1/mm2 ។ ដោយសារតែការធ្លាក់ចូលនៃភាគល្អិត SiC មួយចំនួន អត្រានៃការដាក់នៅ 1300°C គឺទាបបំផុតគឺត្រឹមតែ 0.027 mg·h-1/mm2 ប៉ុណ្ណោះ។   សេចក្តីសន្និដ្ឋាន៖ សីតុណ្ហភាពនៃ CVD ល្អបំផុតគឺ 1100 ℃។ សីតុណ្ហភាពទាបជំរុញឱ្យមានការរីកលូតលាស់តាមទិសនៃ SiC ខណៈពេលដែលសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ធ្វើឱ្យ SiC បង្កើតការបំភាយចំហាយទឹក ហើយបណ្តាលឱ្យមានស្រទាប់ស្រោប។ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាពប្រាក់បញ្ញើ អត្រានៃការដាក់ប្រាក់ថ្នាំកូត CVD SiCថយចុះជាលំដាប់។