Ар кандай температуралардын CVD SiC каптоосунун өсүшүнө тийгизген таасири

CVD SiC каптоо деген эмне?

Химиялык бууларды жайгаштыруу (CVD) жогорку тазалыктагы катуу материалдарды өндүрүү үчүн колдонулган вакуумдук тундурма процесси. Бул процесс көбүнчө пластинкалардын бетинде ичке пленкаларды түзүү үчүн жарым өткөргүч өндүрүшүндө колдонулат. CVD менен кремний карбидин даярдоо процессинде субстрат бир же бир нече учуучу прекурсорлорго дуушар болот, алар субстраттын бетинде химиялык реакцияга кирип, кремний карбидинин керектүү кендерин салышат. Кремний карбид материалдарын даярдоо үчүн көптөгөн ыкмалардын арасында химиялык буу менен даярдалган буюмдар жогорку бирдейликке жана тазалыкка ээ жана бул ыкма күчтүү процессти контролдоо мүмкүнчүлүгүнө ээ. CVD кремний карбид материалдары мыкты жылуулук, электрдик жана химиялык касиеттердин уникалдуу айкалышы бар, аларды жогорку натыйжалуу материалдар талап кылынган жарым өткөргүч өнөр жайында колдонууга абдан ылайыктуу. CVD кремний карбид компоненттери көп оюу жабдуулар, MOCVD жабдуулар, Si epitaxial жабдуулар жана SiC epitaxial жабдуулар, тез жылуулук иштетүүчү жабдуулар жана башка тармактарда колдонулат.

Бул макалада ар кандай процесстик температураларда өстүрүлгөн жука пленкалардын сапатын талдоого багытталган.CVD SiC каптоо, эң ылайыктуу процесс температурасын тандоо үчүн. Экспериментте субстрат катары графит жана реакция булагы газы катары трихлорметилсилан (МТС) колдонулат. SiC каптоо төмөнкү басымдагы CVD процесси жана микроморфологиясы менен сакталатCVD SiC каптооанын структуралык тыгыздыгын талдоо үчүн электрондук микроскопия сканерлөө аркылуу байкалат.

Графиттик субстраттын бетинин температурасы өтө жогору болгондуктан, аралык газ десорбцияланып, субстраттын бетинен чыгарылат, акырында субстрат бетинде калган C жана Si SiC катмарын пайда кылуу үчүн SiC катуу фазасын түзөт. Жогорудагы CVD-SiC өсүү процессине ылайык, температура газдын диффузиясына, МТСтин ажырашына, тамчылардын пайда болушуна жана аралык газдын десорбциясына жана разрядына таасир этээрин көрүүгө болот, ошондуктан SiC каптоосунун морфологиясында чөкүү температурасы негизги ролду ойнойт. Каптаманын микроскопиялык морфологиясы жабуунун тыгыздыгынын эң интуитивдик көрүнүшү болуп саналат. Ошондуктан, CVD SiC каптоосунун микроскопиялык морфологиясына ар кандай түшүү температураларынын таасирин изилдөө керек. МТС SiC каптоосун 900~1600℃ аралыгында ыдыратып, чөктүрө алгандыктан, бул эксперимент 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ жана 1300℃ беш чөкүү температурасын тандайт. Конкреттүү параметрлер 3-таблицада көрсөтүлгөн. 2-сүрөттө ар кандай түшүрүү температурасында өстүрүлгөн CVD-SiC каптоосунун микроскопиялык морфологиясы көрсөтүлгөн.

Депозиттин температурасы 900 ℃ болгондо, бардык SiC була формасында өсөт. Бул бир жипченин диаметри болжол менен 3,5μm, ал эми анын тараптык катышы болжол менен 3 (<10) экенин көрүүгө болот. Мындан тышкары, ал сансыз нано-SiC бөлүкчөлөрүнөн турат, ошондуктан ал поликристаллдык SiC структурасына кирет, ал салттуу SiC нано зымдарынан жана бир кристаллдык SiC муруттарынан айырмаланат. Бул булалуу SiC негизсиз процесстин параметрлеринен келип чыккан структуралык кемчилик. Көрүнүп тургандай, бул SiC каптоо структурасы салыштырмалуу бошоп, жипчелүү SiC ортосунда көп сандагы тешикчелер бар жана тыгыздыгы өтө төмөн. Ошондуктан, бул температура тыгыз SiC каптоо даярдоо үчүн ылайыктуу эмес. Адатта, булалуу SiC структуралык кемчиликтери өтө төмөн туташтыруу температурасы менен шартталган. Төмөн температурада субстраттын бетине адсорбцияланган майда молекулалар аз энергияга жана начар миграцияга жөндөмдүү. Ошондуктан, майда молекулалар SiC бүртүкчөлөрүнүн эң төмөнкү беттик бош энергиясына (мисалы, дандын учу) көчүп, өсүүгө ыкташат. Үзгүлтүксүз багыттагы өсүү акыры булалуу SiC структуралык кемчиликтерди түзөт.

CVD SiC каптоосун даярдоо:

Биринчиден, графит субстраты жогорку температурадагы вакуумдук мешке коюлат жана күл чыгаруу үчүн Ar атмосферасында 1500℃ температурада 1 саат кармалат. Андан кийин графиттик блок 15x15x5 мм блокко кесилип, SiC чөктүрүлүшүнө таасир этүүчү беттик тешикчелерди жок кылуу үчүн графит блоктун бети 1200 көздүү кум кагаз менен жылтыратылат. Тазаланган графит блогу суусуз этанол жана дистилденген суу менен жуулат, андан кийин кургатуу үчүн 100 ℃ мешке коюлат. Акыр-аягы, графит субстрат SiC туташтыруу үчүн түтүктүү мештин негизги температуралык зонасына жайгаштырылат. Химиялык бууларды жайгаштыруу системасынын схемалык схемасы 1-сүрөттө көрсөтүлгөн.

TheCVD SiC каптооанын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүн жана тыгыздыгын анализдөө үчүн электрондук микроскопияны сканерлөө аркылуу байкалган. Мындан тышкары, SiC каптоосунун түшүү ылдамдыгы төмөнкү формула боюнча эсептелген: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC = Депозиттин ылдамдыгы; м2 – каптоо үлгүсүнүн массасы (мг); m1 – субстраттын массасы (мг); субстраттын S-бетинин аянты (мм2); t - коюу убактысы (h).   CVD-SiC салыштырмалуу татаал жана процессти төмөнкүчө чагылдырууга болот: жогорку температурада МТС көмүртек булагы жана кремний булагы кичинекей молекулаларды пайда кылуу үчүн термикалык ажыроого учурайт. Көмүртек булагы кичинекей молекулалар негизинен CH3, C2H2 жана C2H4, ал эми кремний булагы кичинекей молекулалар негизинен SiCI2, SiCI3 ж.б. бул көмүртек булагы жана кремний булагы кичинекей молекулалар андан кийин алып жүрүүчү газ жана эритүүчү газ менен графит субстраттын бетине ташылат, андан кийин бул кичинекей молекулалар адсорбция түрүндө субстраттын бетине адсорбцияланат, андан кийин майда молекулалардын ортосунда майда тамчыларды пайда кылуу үчүн химиялык реакциялар пайда болот, ошондой эле реакция акырындык менен чоңоёт жана тамчы чоңоёт. аралык кошумча продуктылардын пайда болушу менен коштолгон (HCl газы); Температура 1000 ℃ чейин көтөрүлгөндө, SiC каптоо тыгыздыгы абдан жакшырат. Бул жабуунун көбү SiC бүртүкчөлөрүнүн (болжол менен 4мкм) түзүлгөнүн көрүүгө болот, бирок кээ бир булалуу SiC кемчиликтери да табылган, бул бул температурада SiC дагы эле багыттуу өсүшү бар экенин көрсөтүп турат, жана каптоо дагы эле жетиштүү тыгыз эмес. Температура 1100 ℃ чейин көтөрүлгөндө, SiC каптоосу абдан тыгыз болуп, булалуу SiC кемчиликтери толугу менен жок болгонун көрүүгө болот. Каптама диаметри 5~10мкм болгон тамчы түрүндөгү SiC бөлүкчөлөрүнөн турат, алар тыгыз айкалышкан. Бөлүкчөлөрдүн бети өтө одоно. Ал сансыз нано масштабдуу SiC бүртүкчөлөрүнөн турат. Чынында, 1100 ℃ CVD-SiC өсүү процесси массалык өткөрүп берүү көзөмөлдөнүп калды. Субстраттын бетине адсорбцияланган кичинекей молекулалар ядролук түзүлүп, SiC бүртүкчөлөрүнө айлануу үчүн жетиштүү энергияга жана убакытка ээ. SiC бүртүкчөлөрү бирдей чоң тамчыларды түзөт. Беттик энергиянын таасири астында тамчылардын көбү шар сымал болуп көрүнөт, ал эми тамчылар тыгыз биригип SiC тыгыз катмарын түзөт. Температура 1200 ℃ чейин көтөрүлгөндө, SiC каптоо да тыгыз болот, бирок SiC морфологиясы көп кырдуу болуп, каптаманын бети оройраак көрүнөт. Температура 1300 ℃ чейин көтөрүлгөндө, графит субстраттын бетинде диаметри 3 мкм жакын көп сандагы кадимки сфералык бөлүкчөлөр табылат. Себеби бул температурада SiC газ фазасынын ядросуна айланган жана МТСтин ажыроо ылдамдыгы абдан тез. Майда молекулалар субстрат бетине адсорбцияланганга чейин реакцияга кирип, өзөктүү болуп SiC бүртүкчөлөрүн пайда кылышкан. Бүртүкчөлөр сфералык бөлүкчөлөрдү пайда кылгандан кийин, алар ылдыйга түшүп, акыры начар тыгыздыгы менен SiC бөлүкчөлөрүнүн бош каптоосуна алып келет. Албетте, 1300 ℃ тыгыз SiC каптоо түзүү температурасы катары колдонулушу мүмкүн эмес. Комплекстүү салыштыруу тыгыз SiC каптоо даярдалышы керек болсо, оптималдуу CVD каптоо температурасы 1100 ℃ экенин көрсөтүп турат.

3-сүрөттө CVD SiC каптамаларынын ар кандай түшүрүү температурасында чөкүү ылдамдыгы көрсөтүлгөн. Депозиттин температурасы жогорулаган сайын SiC каптоосунун түшүү ылдамдыгы акырындык менен төмөндөйт. 900°Сде жайгаштыруу ылдамдыгы 0,352 мг·саг-1/мм2, ал эми жипчелердин багыттуу өсүшү эң тез чөкүү ылдамдыгына алып келет. Эң жогорку тыгыздыктагы каптаманын түшүү ылдамдыгы 0,179 мг·саг-1/мм2. Кээ бир SiC бөлүкчөлөрүнүн чөктүрүлүшүнө байланыштуу 1300°Сте чөкүү ылдамдыгы эң төмөн, болгону 0,027 мг·са-1/мм2.   Жыйынтык: Эң жакшы CVD түшүрүү температурасы 1100 ℃. Төмөн температура SiC багыттуу өсүшүнө өбөлгө түзөт, ал эми жогорку температура SiC буу катмарын пайда кылат жана сейрек каптоого алып келет. Депозиттин температурасынын жогорулашы менен тунма ылдамдыгыCVD SiC каптообара-бара азаят.