ຜົນກະທົບຂອງອຸນຫະພູມທີ່ແຕກຕ່າງກັນຕໍ່ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງການເຄືອບ CVD SiC

ການເຄືອບ CVD SiC ແມ່ນຫຍັງ?

ການປ່ອຍອາຍພິດທາງເຄມີ (CVD) ແມ່ນຂະບວນການປ່ອຍສູນຍາກາດທີ່ໃຊ້ໃນການຜະລິດວັດສະດຸແຂງທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງ. ຂະບວນການນີ້ມັກຈະຖືກນໍາໃຊ້ໃນຂົງເຂດການຜະລິດ semiconductor ເພື່ອສ້າງເປັນຮູບເງົາບາງໆຢູ່ດ້ານຂອງ wafers. ໃນຂະບວນການກະກຽມ silicon carbide ໂດຍ CVD, substrate ໄດ້ຖືກສໍາຜັດກັບຫນຶ່ງຫຼືຫຼາຍຕົວຕັ້ງຕົວຕີທີ່ລະເຫີຍ, ເຊິ່ງປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີຢູ່ດ້ານຂອງ substrate ເພື່ອຝາກເງິນຝາກຊິລິຄອນ carbide ທີ່ຕ້ອງການ. ໃນບັນດາວິທີການຈໍານວນຫຼາຍສໍາລັບການກະກຽມວັດສະດຸ silicon carbide, ຜະລິດຕະພັນທີ່ກະກຽມໂດຍການລະລາຍ vapor ສານເຄມີມີຄວາມເປັນເອກະພາບສູງແລະຄວາມບໍລິສຸດ, ແລະວິທີການນີ້ມີການຄວບຄຸມຂະບວນການທີ່ເຂັ້ມແຂງ. ວັດສະດຸ CVD silicon carbide ມີການປະສົມປະສານທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງຄຸນສົມບັດຄວາມຮ້ອນ, ໄຟຟ້າແລະເຄມີທີ່ດີເລີດ, ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບການນໍາໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກໍາ semiconductor ທີ່ຕ້ອງການວັດສະດຸທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ. ອົງປະກອບ CVD silicon carbide ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອຸປະກອນ etching, ອຸປະກອນ MOCVD, ອຸປະກອນ Si epitaxial ແລະອຸປະກອນ SiC epitaxial, ອຸປະກອນການປຸງແຕ່ງຄວາມຮ້ອນຢ່າງໄວວາແລະຂົງເຂດອື່ນໆ.

ບົດຄວາມນີ້ໄດ້ສຸມໃສ່ການວິເຄາະຄຸນນະພາບຂອງຮູບເງົາບາງໆທີ່ປູກຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຂະບວນການທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນລະຫວ່າງການກະກຽມຂອງການເຄືອບ CVD SiC, ເພື່ອເລືອກອຸນຫະພູມຂະບວນການທີ່ເຫມາະສົມທີ່ສຸດ. ການທົດລອງໃຊ້ graphite ເປັນ substrate ແລະ trichloromethylsilane (MTS) ເປັນອາຍແກັສແຫຼ່ງຕິກິຣິຍາ. ການເຄືອບ SiC ແມ່ນຝາກໄວ້ໂດຍຂະບວນການ CVD ຄວາມກົດດັນຕ່ໍາ, ແລະ micromorphology ຂອງການເຄືອບ CVD SiCແມ່ນສັງເກດເຫັນໂດຍການສະແກນກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກເພື່ອວິເຄາະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງໂຄງສ້າງຂອງມັນ.

ເນື່ອງຈາກວ່າອຸນຫະພູມຫນ້າດິນຂອງ substrate graphite ແມ່ນສູງຫຼາຍ, ອາຍແກັສລະດັບປານກາງຈະຖືກ desorbed ແລະ discharged ອອກຈາກຫນ້າດິນ substrate ໄດ້, ແລະສຸດທ້າຍ C ແລະ Si ທີ່ຍັງເຫຼືອຢູ່ໃນພື້ນຜິວ substrate ຈະປະກອບເປັນໄລຍະແຂງ SiC ເພື່ອສ້າງເປັນ SiC ເຄືອບ. ອີງຕາມຂະບວນການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ CVD-SiC ຂ້າງເທິງ, ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າອຸນຫະພູມຈະສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການແຜ່ກະຈາຍຂອງອາຍແກັສ, ການທໍາລາຍຂອງ MTS, ການສ້າງຕັ້ງຂອງ droplets ແລະ desorption ແລະການໄຫຼອອກຂອງອາຍແກັສລະດັບປານກາງ, ສະນັ້ນອຸນຫະພູມ deposition ຈະມີບົດບາດສໍາຄັນໃນ morphology ຂອງການເຄືອບ SiC. morphology ກ້ອງຈຸລະທັດຂອງການເຄືອບແມ່ນ manifestation intuitive ທີ່ສຸດຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການເຄືອບ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ສຶກສາຜົນກະທົບຂອງອຸນຫະພູມເງິນຝາກທີ່ແຕກຕ່າງກັນກ່ຽວກັບ morphology ກ້ອງຈຸລະທັດຂອງການເຄືອບ CVD SiC. ເນື່ອງຈາກ MTS ສາມາດ decompose ແລະຝາກການເຄືອບ SiC ລະຫວ່າງ 900 ~ 1600 ℃, ການທົດລອງນີ້ເລືອກຫ້າອຸນຫະພູມ deposition ຂອງ 900 ℃ , 1000 ℃ , 1100 ℃ , 1200 ℃ ແລະ 1300 ℃ ສໍາລັບການກະກຽມການເຄືອບ SiC ເພື່ອສຶກສາຜົນກະທົບຂອງອຸນຫະພູມກ່ຽວກັບການເຄືອບ CVD-SiC . ຕົວກໍານົດການສະເພາະແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 3. ຮູບ 2 ສະແດງໃຫ້ເຫັນ morphology ກ້ອງຈຸລະທັດຂອງການເຄືອບ CVD-SiC ປູກຢູ່ໃນອຸນຫະພູມເງິນຝາກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ເມື່ອອຸນຫະພູມເງິນຝາກແມ່ນ 900 ℃, SiC ທັງຫມົດຈະເລີນເຕີບໂຕເປັນຮູບຮ່າງຂອງເສັ້ນໄຍ. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າເສັ້ນຜ່າກາງຂອງເສັ້ນໄຍດຽວແມ່ນປະມານ 3.5μm, ແລະອັດຕາສ່ວນຂອງມັນແມ່ນປະມານ 3 (<10). ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ມັນປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກ nano-SiC ທີ່ນັບບໍ່ຖ້ວນ, ສະນັ້ນມັນຂຶ້ນກັບໂຄງສ້າງ SiC polycrystalline, ເຊິ່ງແຕກຕ່າງຈາກ SiC nanowires ແບບດັ້ງເດີມແລະ whiskers SiC Crystal ດຽວ. SiC fibrous ນີ້ແມ່ນຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງໂຄງສ້າງທີ່ເກີດຈາກຕົວກໍານົດການຂະບວນການທີ່ບໍ່ສົມເຫດສົມຜົນ. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າໂຄງສ້າງຂອງການເຄືອບ SiC ນີ້ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງວ່າງ, ແລະມີຈໍານວນຮູຂຸມຂົນລະຫວ່າງເສັ້ນໄຍ SiC, ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນແມ່ນຕໍ່າຫຼາຍ. ດັ່ງນັ້ນ, ອຸນຫະພູມນີ້ບໍ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການກະກຽມການເຄືອບ SiC ຫນາແຫນ້ນ. ປົກກະຕິແລ້ວ, ຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງໂຄງສ້າງ SiC fibrous ແມ່ນເກີດມາຈາກອຸນຫະພູມຂອງເງິນຝາກຕ່ໍາເກີນໄປ. ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຕ່ໍາ, ໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍ adsorbed ຢູ່ດ້ານຂອງ substrate ມີພະລັງງານຕ່ໍາແລະຄວາມສາມາດໃນການເຄື່ອນຍ້າຍທີ່ບໍ່ດີ. ດັ່ງນັ້ນ, ໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເຄື່ອນຍ້າຍແລະເຕີບໂຕໄປສູ່ພະລັງງານທີ່ບໍ່ມີພື້ນທີ່ຕ່ໍາສຸດຂອງເມັດ SiC (ເຊັ່ນ: ປາຍຂອງເມັດພືດ). ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງທິດທາງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນທີ່ສຸດກໍ່ເປັນຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງໂຄງສ້າງ SiC fibrous.

ການກະກຽມການເຄືອບ CVD SiC:

ຫນ້າທໍາອິດ, substrate graphite ແມ່ນຖືກຈັດໃສ່ໃນ furnace ສູນຍາກາດທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງແລະເກັບຮັກສາໄວ້ຢູ່ທີ່ 1500 ℃ສໍາລັບ 1h ໃນບັນຍາກາດ Ar ສໍາລັບການກໍາຈັດຂີ້ເທົ່າ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ຕັນ graphite ຖືກຕັດເຂົ້າໄປໃນຕັນຂອງ 15x15x5mm, ແລະຫນ້າດິນຂອງຕັນ graphite ໄດ້ຖືກຂັດດ້ວຍ 1200-mesh sandpaper ເພື່ອກໍາຈັດຮູຂຸມຂົນຂອງຫນ້າດິນທີ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ການຊຶມເຊື້ອຂອງ SiC. ຕັນ graphite ທີ່ໄດ້ຮັບການປິ່ນປົວໄດ້ຖືກລ້າງດ້ວຍເອທານອນທີ່ບໍ່ມີນ້ໍາແລະນ້ໍາກັ່ນ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນວາງໄວ້ໃນເຕົາອົບທີ່ອຸນຫະພູມ 100 ℃ສໍາລັບການແຫ້ງ. ສຸດທ້າຍ, substrate graphite ແມ່ນຖືກຈັດໃສ່ໃນເຂດອຸນຫະພູມຕົ້ນຕໍຂອງ furnace tubular ສໍາລັບ SiC deposition. ແຜນວາດ schematic ຂອງລະບົບການປ່ອຍອາຍພິດສານເຄມີແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1.

ໄດ້ການເຄືອບ CVD SiCໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນໂດຍການສະແກນກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກເພື່ອວິເຄາະຂະຫນາດຂອງອະນຸພາກແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງມັນ. ນອກຈາກນັ້ນ, ອັດຕາການຕົກຄ້າງຂອງການເຄືອບ SiC ໄດ້ຖືກຄິດໄລ່ຕາມສູດຂ້າງລຸ່ມນີ້: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=ອັດຕາການຖິ້ມ; m2–ມະຫາຊົນຂອງຕົວຢ່າງການເຄືອບ (mg); m1–ມະຫາຊົນຂອງ substrate (mg); ພື້ນທີ່ S-surface ຂອງ substrate (mm2); t - ເວລາທີ່ຝາກໄວ້ (h).   CVD-SiC ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງສັບສົນ, ແລະຂະບວນການສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້: ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງ, MTS ຈະໄດ້ຮັບການທໍາລາຍຄວາມຮ້ອນເພື່ອສ້າງເປັນແຫຼ່ງກາກບອນແລະໂມເລກຸນຊິລິຄອນຂະຫນາດນ້ອຍ. ແຫຼ່ງກາກບອນໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍສ່ວນໃຫຍ່ປະກອບມີ CH3, C2H2 ແລະ C2H4, ແລະໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍແຫຼ່ງຊິລິໂຄນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີ SiCI2, SiCI3, ແລະອື່ນໆ; ແຫຼ່ງກາກບອນເຫຼົ່ານີ້ແລະແຫຼ່ງຊິລິໂຄນໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍຈະຖືກຂົນສົ່ງໄປສູ່ຫນ້າດິນຂອງຊັ້ນຍ່ອຍ graphite ໂດຍອາຍແກັສ carrier ແລະອາຍແກັສ diluent, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍເຫຼົ່ານີ້ຈະຖືກ adsorbed ເທິງຫນ້າດິນຂອງ substrate ໃນຮູບແບບການດູດຊຶມ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນປະຕິກິລິຍາເຄມີຈະເກີດຂຶ້ນລະຫວ່າງໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍເພື່ອປະກອບເປັນ droplets ຂະຫນາດນ້ອຍ compan ແລະປະຕິກິລິຢາ. ການສ້າງຕັ້ງຂອງຜະລິດຕະພັນໂດຍລະດັບປານກາງ (ອາຍແກັສ HCl); ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 1000 ℃, ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການເຄືອບ SiC ໄດ້ຖືກປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າການເຄືອບສ່ວນຫຼາຍແມ່ນປະກອບດ້ວຍເມັດ SiC (ຂະຫນາດປະມານ 4μm), ແຕ່ບາງຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ SiC fibrous ຍັງພົບເຫັນ, ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຍັງມີການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ SiC ໃນອຸນຫະພູມນີ້, ແລະການເຄືອບແມ່ນຍັງບໍ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນພຽງພໍ. ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 1100 ℃, ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າການເຄືອບ SiC ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຫຼາຍ, ແລະຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ SiC fibrous ໄດ້ຫາຍໄປຫມົດ. ການເຄືອບແມ່ນປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກ SiC ຮູບຊົງ droplet ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງປະມານ 5 ~ 10μm, ເຊິ່ງຖືກລວມເຂົ້າກັນຢ່າງແຫນ້ນຫນາ. ດ້ານຂອງອະນຸພາກແມ່ນ rough ຫຼາຍ. ມັນປະກອບດ້ວຍເມັດ SiC ຂະໜາດນາໂນນັບບໍ່ຖ້ວນ. ໃນຄວາມເປັນຈິງ, ຂະບວນການເຕີບໂຕ CVD-SiC ຢູ່ທີ່ 1100 ℃ໄດ້ກາຍເປັນການຄວບຄຸມການໂອນມະຫາຊົນ. ໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ດູດຊຶມຢູ່ເທິງພື້ນຜິວຂອງຊັ້ນຍ່ອຍມີພະລັງງານພຽງພໍແລະເວລາທີ່ຈະ nucleate ແລະເຕີບໂຕເປັນເມັດ SiC. ເມັດພືດ SiC ປະກອບເປັນຢອດຂະໜາດໃຫຍ່. ພາຍໃຕ້ການດໍາເນີນການຂອງພະລັງງານພື້ນຜິວ, ສ່ວນຫຼາຍຂອງ droplets ປາກົດເປັນຮູບກົມ, ແລະ droplets ໄດ້ຖືກລວມເຂົ້າກັນແຫນ້ນເພື່ອປະກອບເປັນສານເຄືອບ SiC ຫນາແຫນ້ນ. ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 1200 ℃, ການເຄືອບ SiC ຍັງມີຄວາມຫນາແຫນ້ນ, ແຕ່ສະນິດຂອງ SiC ກາຍເປັນຫຼາຍເສັ້ນແລະຫນ້າດິນຂອງການເຄືອບເບິ່ງຄືວ່າ rougher. ໃນເວລາທີ່ອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 1300 ℃, ຈໍານວນຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງອະນຸພາກ spherical ປົກກະຕິທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງປະມານ 3μmແມ່ນພົບເຫັນຢູ່ໃນຫນ້າດິນຂອງ substrate graphite ໄດ້. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າຢູ່ໃນອຸນຫະພູມນີ້, SiC ໄດ້ຖືກປ່ຽນເປັນ nucleation ໄລຍະອາຍແກັສ, ແລະອັດຕາການ decomposition MTS ແມ່ນໄວຫຼາຍ. ໂມເລກຸນຂະຫນາດນ້ອຍມີປະຕິກິລິຍາແລະ nucleated ເພື່ອສ້າງເປັນເມັດ SiC ກ່ອນທີ່ພວກມັນຈະຖືກດູດຊຶມຢູ່ເທິງພື້ນຜິວ. ຫຼັງ​ຈາກ​ເມັດ​ພືດ​ປະ​ກອບ​ເປັນ​ອະ​ນຸ​ພາກ spherical​, ພວກ​ເຂົາ​ເຈົ້າ​ຈະ​ຫຼຸດ​ລົງ​ຂ້າງ​ລຸ່ມ​ນີ້​, ໃນ​ທີ່​ສຸດ​ເຮັດ​ໃຫ້​ເກີດ​ການ​ເຄືອບ SiC ວ່າງ​ທີ່​ມີ​ຄວາມ​ຫນາ​ແຫນ້ນ​ທີ່​ບໍ່​ດີ​. ແນ່ນອນ, 1300 ℃ບໍ່ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເປັນອຸນຫະພູມການສ້າງຕັ້ງຂອງການເຄືອບ SiC ຫນາແຫນ້ນ. ການປຽບທຽບທີ່ສົມບູນແບບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຖ້າການເຄືອບ SiC ຫນາແຫນ້ນຈະຖືກກະກຽມ, ອຸນຫະພູມທີ່ດີທີ່ສຸດຂອງ CVD ແມ່ນ 1100 ℃.

ຮູບທີ 3 ສະແດງໃຫ້ເຫັນອັດຕາການຊຶມເຊື້ອຂອງສານເຄືອບ CVD SiC ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມເງິນຝາກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ເມື່ອອຸນຫະພູມຂອງເງິນຝາກເພີ່ມຂຶ້ນ, ອັດຕາການຊຶມເຊື້ອຂອງສານເຄືອບ SiC ຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງ. ອັດຕາການຊຶມເຊື້ອຢູ່ທີ່ 900 ° C ແມ່ນ 0.352 mg·h-1/mm2, ແລະການເຕີບໃຫຍ່ຂອງເສັ້ນໄຍນໍາໄປສູ່ອັດຕາເງິນຝາກໄວທີ່ສຸດ. ອັດຕາການຊຶມເຊື້ອຂອງສານເຄືອບທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງສຸດແມ່ນ 0.179 mg·h-1/mm2. ເນື່ອງຈາກການຕົກຄ້າງຂອງອະນຸພາກ SiC ຈໍານວນໜຶ່ງ, ອັດຕາການຕົກຄ້າງຢູ່ທີ່ 1300°C ແມ່ນຕໍ່າສຸດ, ພຽງແຕ່ 0.027 mg·h-1/mm2.   ສະ​ຫຼຸບ​: ອຸນ​ຫະ​ພູມ​ຂອງ CVD ທີ່​ດີ​ທີ່​ສຸດ​ແມ່ນ 1100 ℃​. ອຸນຫະພູມຕ່ໍາສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕຂອງທິດທາງຂອງ SiC, ໃນຂະນະທີ່ອຸນຫະພູມສູງເຮັດໃຫ້ SiC ຜະລິດການປ່ອຍອາຍພິດແລະເຮັດໃຫ້ມີການເຄືອບບາງໆ. ມີການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງອຸນຫະພູມ deposition, ອັດຕາການ deposition ຂອງການເຄືອບ CVD SiCຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງ.