ຜົນກະທົບຂອງອຸນຫະພູມທີ່ແຕກຕ່າງກັນຕໍ່ການເຕີບໂຕຂອງການເຄືອບ SiC CVD

ການເຄືອບ SiC CVD ແມ່ນຫຍັງ?

ການວາງອາຍເຄມີ (CVD) ແມ່ນຂະບວນການວາງອາຍເຄມີທີ່ໃຊ້ໃນການຜະລິດວັດສະດຸແຂງທີ່ມີຄວາມບໍລິສຸດສູງ. ຂະບວນການນີ້ມັກຖືກນໍາໃຊ້ໃນຂົງເຂດການຜະລິດເຄິ່ງຕົວນໍາເພື່ອສ້າງຟິມບາງໆຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງແຜ່ນເວເຟີ. ໃນຂະບວນການກະກຽມຊິລິກອນຄາໄບໂດຍ CVD, ຊັ້ນຮອງພື້ນຈະຖືກສໍາຜັດກັບສານຕັ້ງຕົ້ນທີ່ລະເຫີຍໄດ້ໜຶ່ງຫຼືຫຼາຍຊະນິດ, ເຊິ່ງປະຕິກິລິຍາທາງເຄມີຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນເພື່ອວາງອາຍຊິລິກອນຄາໄບທີ່ຕ້ອງການ. ໃນບັນດາວິທີການຫຼາຍຢ່າງໃນການກະກຽມວັດສະດຸຊິລິກອນຄາໄບ, ຜະລິດຕະພັນທີ່ກະກຽມໂດຍການວາງອາຍເຄມີມີຄວາມເປັນເອກະພາບແລະຄວາມບໍລິສຸດສູງກວ່າ, ແລະວິທີການນີ້ມີຄວາມສາມາດໃນການຄວບຄຸມຂະບວນການທີ່ເຂັ້ມແຂງ. ວັດສະດຸຊິລິກອນຄາໄບ CVD ມີການປະສົມປະສານທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງຄຸນສົມບັດທາງຄວາມຮ້ອນ, ໄຟຟ້າ ແລະ ເຄມີທີ່ດີເລີດ, ເຮັດໃຫ້ມັນເໝາະສົມຫຼາຍສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກຳເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ຕ້ອງການວັດສະດຸທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ. ສ່ວນປະກອບຊິລິກອນຄາໄບ CVD ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນອຸປະກອນແກະສະຫຼັກ, ອຸປະກອນ MOCVD, ອຸປະກອນ Si epitaxial ແລະ SiC epitaxial, ອຸປະກອນປະມວນຜົນຄວາມຮ້ອນໄວ ແລະ ຂົງເຂດອື່ນໆ.

ບົດຄວາມນີ້ສຸມໃສ່ການວິເຄາະຄຸນນະພາບຂອງຟິມບາງໆທີ່ປູກໃນອຸນຫະພູມຂະບວນການທີ່ແຕກຕ່າງກັນໃນລະຫວ່າງການກະກຽມການເຄືອບ SiC CVD, ເພື່ອເລືອກອຸນຫະພູມຂະບວນການທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດ. ການທົດລອງໃຊ້ graphite ເປັນຊັ້ນຮອງພື້ນ ແລະ trichloromethylsilane (MTS) ເປັນອາຍແກັສແຫຼ່ງປະຕິກິລິຍາ. ການເຄືອບ SiC ຖືກຝາກໂດຍຂະບວນການ CVD ຄວາມດັນຕ່ຳ, ແລະ ຮູບຮ່າງຈຸลະພາກຂອງການເຄືອບ SiC CVDຖືກສັງເກດເຫັນໂດຍກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກໂຕຣນິກສະແກນເພື່ອວິເຄາະຄວາມໜາແໜ້ນຂອງໂຄງສ້າງຂອງມັນ.

ເນື່ອງຈາກອຸນຫະພູມໜ້າດິນຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນແກຣໄຟທ໌ສູງຫຼາຍ, ອາຍແກັສລະດັບກາງຈະຖືກດູດຊຶມ ແລະ ປ່ອຍອອກຈາກໜ້າດິນຊັ້ນໃຕ້ດິນ, ແລະ ສຸດທ້າຍ C ແລະ Si ທີ່ເຫຼືອຢູ່ເທິງໜ້າດິນຊັ້ນໃຕ້ດິນຈະປະກອບເປັນ SiC ໄລຍະແຂງເພື່ອສ້າງຊັ້ນເຄືອບ SiC. ອີງຕາມຂະບວນການເຕີບໂຕ CVD-SiC ຂ້າງເທິງ, ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າອຸນຫະພູມຈະສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການແຜ່ກະຈາຍຂອງອາຍແກັສ, ການເນົ່າເປື່ອຍຂອງ MTS, ການສ້າງຢອດນ້ຳ ແລະ ການເນົ່າເປື່ອຍ ແລະ ການປ່ອຍອາຍແກັສລະດັບກາງ, ສະນັ້ນອຸນຫະພູມຊັ້ນໃຕ້ດິນຈະມີບົດບາດສຳຄັນໃນຮູບຮ່າງຂອງການເຄືອບ SiC. ຮູບຮ່າງຈຸລະທັດຂອງການເຄືອບແມ່ນການສະແດງອອກທີ່ເຂົ້າໃຈງ່າຍທີ່ສຸດຂອງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຄືອບ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນຈຳເປັນຕ້ອງສຶກສາຜົນກະທົບຂອງອຸນຫະພູມຊັ້ນໃຕ້ດິນທີ່ແຕກຕ່າງກັນຕໍ່ຮູບຮ່າງຈຸລະທັດຂອງການເຄືອບ SiC CVD. ເນື່ອງຈາກ MTS ສາມາດເນົ່າເປື່ອຍ ແລະ ຝາກຊັ້ນເຄືອບ SiC ລະຫວ່າງ 900~1600℃, ການທົດລອງນີ້ເລືອກອຸນຫະພູມຊັ້ນໃຕ້ດິນຫ້າລະດັບຄື 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ ແລະ 1300℃ ສຳລັບການກະກຽມຊັ້ນເຄືອບ SiC ເພື່ອສຶກສາຜົນກະທົບຂອງອຸນຫະພູມຕໍ່ການເຄືອບ CVD-SiC. ພາລາມິເຕີສະເພາະແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງທີ 3. ຮູບທີ 2 ສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບຮ່າງຈຸລະທັດຂອງການເຄືອບ CVD-SiC ທີ່ປູກໃນອຸນຫະພູມການວາງຊັ້ນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ເມື່ອອຸນຫະພູມການວາງໄວ້ແມ່ນ 900 ℃, SiC ທັງໝົດຈະເຕີບໃຫຍ່ເປັນຮູບຊົງເສັ້ນໄຍ. ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງເສັ້ນໄຍດຽວແມ່ນປະມານ 3.5 μm, ແລະອັດຕາສ່ວນຂອງມັນແມ່ນປະມານ 3 (<10). ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ມັນປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກ nano-SiC ທີ່ນັບບໍ່ຖ້ວນ, ສະນັ້ນມັນເປັນຂອງໂຄງສ້າງ SiC ຫຼາຍຜລຶກ, ເຊິ່ງແຕກຕ່າງຈາກເສັ້ນໄຍນາໂນ SiC ແບບດັ້ງເດີມ ແລະ ໜວດ SiC ຜລຶກດຽວ. SiC ເສັ້ນໄຍນີ້ແມ່ນຂໍ້ບົກຜ່ອງທາງໂຄງສ້າງທີ່ເກີດຈາກຕົວກໍານົດຂະບວນການທີ່ບໍ່ສົມເຫດສົມຜົນ. ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າໂຄງສ້າງຂອງການເຄືອບ SiC ນີ້ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງວ່າງ, ແລະມີຮູຂຸມຂົນຈໍານວນຫຼວງຫຼາຍລະຫວ່າງ SiC ເສັ້ນໄຍ, ແລະຄວາມໜາແໜ້ນແມ່ນຕໍ່າຫຼາຍ. ດັ່ງນັ້ນ, ອຸນຫະພູມນີ້ບໍ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການກະກຽມການເຄືອບ SiC ທີ່ໜາແໜ້ນ. ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວ, ຂໍ້ບົກຜ່ອງທາງໂຄງສ້າງ SiC ເສັ້ນໄຍແມ່ນເກີດຈາກອຸນຫະພູມການວາງໄວ້ຕໍ່າເກີນໄປ. ໃນອຸນຫະພູມຕໍ່າ, ໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍທີ່ດູດຊຶມຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນມີພະລັງງານຕໍ່າ ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການເຄື່ອນຍ້າຍທີ່ບໍ່ດີ. ດັ່ງນັ້ນ, ໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍມັກຈະເຄື່ອນຍ້າຍ ແລະ ເຕີບໂຕໄປສູ່ພະລັງງານເສລີພື້ນຜິວຕໍ່າສຸດຂອງເມັດ SiC (ເຊັ່ນ: ປາຍເມັດ). ການເຕີບໂຕຕາມທິດທາງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນທີ່ສຸດກໍ່ຈະເຮັດໃຫ້ເກີດຂໍ້ບົກຜ່ອງດ້ານໂຄງສ້າງ SiC ເສັ້ນໃຍ.

ການກະກຽມເຄືອບ SiC CVD:

ກ່ອນອື່ນໝົດ, ຊັ້ນຮອງພື້ນກຣາໄຟທ໌ຖືກວາງໄວ້ໃນເຕົາອົບສູນຍາກາດທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ເກັບຮັກສາໄວ້ທີ່ 1500°C ເປັນເວລາ 1 ຊົ່ວໂມງໃນບັນຍາກາດ Ar ເພື່ອກຳຈັດຂີ້ເທົ່າ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ບລັອກກຣາໄຟທ໌ຖືກຕັດເປັນບລັອກຂະໜາດ 15x15x5 ມມ, ແລະ ໜ້າຜິວຂອງບລັອກກຣາໄຟທ໌ຖືກຂັດດ້ວຍກະດາດຊາຍ 1200-mesh ເພື່ອກຳຈັດຮູຂຸມຂົນທີ່ສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການຕົກຕະກອນຂອງ SiC. ບລັອກກຣາໄຟທ໌ທີ່ໄດ້ຮັບການປິ່ນປົວແລ້ວຈະຖືກລ້າງດ້ວຍເອທານອນທີ່ບໍ່ມີນ້ຳ ແລະ ນ້ຳກັ່ນ, ແລະ ຈາກນັ້ນວາງໄວ້ໃນເຕົາອົບທີ່ອຸນຫະພູມ 100°C ເພື່ອອົບໃຫ້ແຫ້ງ. ສຸດທ້າຍ, ຊັ້ນຮອງພື້ນກຣາໄຟທ໌ຖືກວາງໄວ້ໃນເຂດອຸນຫະພູມຫຼັກຂອງເຕົາອົບທໍ່ສຳລັບການຕົກຕະກອນ SiC. ແຜນວາດໂຄງຮ່າງຂອງລະບົບການຕົກຕະກອນໄອນ້ຳເຄມີແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1.

ເທການເຄືອບ SiC CVDໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນໂດຍກ້ອງຈຸລະທັດສະແກນເອເລັກຕຣອນເພື່ອວິເຄາະຂະໜາດ ແລະ ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງອະນຸພາກ. ນອກຈາກນັ້ນ, ອັດຕາການຕົກຕະກອນຂອງຊັ້ນເຄືອບ SiC ໄດ້ຖືກຄິດໄລ່ຕາມສູດຂ້າງລຸ່ມນີ້: VSiC = (ມ2-ມ1)/(Sxt) x100% VSiC = ອັດຕາການຕົກຕະກອນ; m2 – ມວນສານຂອງຕົວຢ່າງເຄືອບ (ມກ); m1 – ມວນສານຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ (ມກ); ພື້ນທີ່ໜ້າ S ຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ (ມມ2); t - ເວລາການວາງທາດ (h).   CVD-SiC ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງສັບສົນ, ແລະຂະບວນການສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້: ທີ່ອຸນຫະພູມສູງ, MTS ຈະຜ່ານການເນົ່າເປື່ອຍດ້ວຍຄວາມຮ້ອນເພື່ອສ້າງເປັນໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍຂອງແຫຼ່ງຄາບອນ ແລະ ຊິລິກອນ. ໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍຂອງແຫຼ່ງຄາບອນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີ CH3, C2H2 ແລະ C2H4, ແລະໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍຂອງແຫຼ່ງຊິລິກອນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີ SiCI2, SiCI3, ແລະອື່ນໆ; ໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍຂອງແຫຼ່ງຄາບອນ ແລະ ຊິລິກອນເຫຼົ່ານີ້ຈະຖືກຂົນສົ່ງໄປສູ່ໜ້າດິນຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນແກຣໄຟໂດຍອາຍແກັສພາຫະນະ ແລະ ອາຍແກັສເຈືອຈາງ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍເຫຼົ່ານີ້ຈະຖືກດູດຊຶມຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນໃນຮູບແບບຂອງການດູດຊຶມ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນປະຕິກິລິຍາເຄມີຈະເກີດຂຶ້ນລະຫວ່າງໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍເພື່ອສ້າງເປັນຢອດນ້ອຍໆທີ່ຄ່ອຍໆເຕີບໃຫຍ່, ແລະຢອດກໍ່ຈະລວມຕົວກັນ, ແລະປະຕິກິລິຍາຈະມາພ້ອມກັບການສ້າງຜະລິດຕະພັນຮ່ວມລະຫວ່າງກາງ (ອາຍແກັສ HCl); ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 1000 ℃, ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຊັ້ນເຄືອບ SiC ຈະໄດ້ຮັບການປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າການເຄືອບສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບດ້ວຍເມັດ SiC (ຂະໜາດປະມານ 4μm), ແຕ່ຍັງພົບເຫັນຂໍ້ບົກຜ່ອງ SiC ເສັ້ນໃຍບາງຢ່າງ, ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຍັງມີການເຕີບໂຕຂອງ SiC ໃນທິດທາງນີ້, ແລະຊັ້ນເຄືອບຍັງບໍ່ໜາແໜ້ນພຽງພໍ. ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 1100 ℃, ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າຊັ້ນເຄືອບ SiC ມີຄວາມໜາແໜ້ນຫຼາຍ, ແລະຂໍ້ບົກຜ່ອງ SiC ເສັ້ນໃຍໄດ້ຫາຍໄປໝົດ. ການເຄືອບປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກ SiC ຮູບຊົງຢອດທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງປະມານ 5~10μm, ເຊິ່ງຖືກລວມເຂົ້າກັນຢ່າງແໜ້ນໜາ. ພື້ນຜິວຂອງອະນຸພາກແມ່ນຫຍາບຫຼາຍ. ມັນປະກອບດ້ວຍເມັດ SiC ຂະໜາດນາໂນທີ່ນັບບໍ່ຖ້ວນ. ໃນຄວາມເປັນຈິງ, ຂະບວນການເຕີບໂຕ CVD-SiC ທີ່ 1100 ℃ ໄດ້ກາຍເປັນການຄວບຄຸມການຖ່າຍໂອນມວນສານ. ໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍທີ່ດູດຊຶມຢູ່ເທິງພື້ນຜິວຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນມີພະລັງງານແລະເວລາພຽງພໍທີ່ຈະສ້າງນິວເຄຼຍແລະເຕີບໃຫຍ່ເປັນເມັດ SiC. ເມັດ SiC ປະກອບເປັນຢອດຂະໜາດໃຫຍ່ຢ່າງເປັນເອກະພາບ. ພາຍໃຕ້ການກະທຳຂອງພະລັງງານພື້ນຜິວ, ຢອດນ້ຳສ່ວນໃຫຍ່ເບິ່ງຄືວ່າເປັນຮູບຊົງກົມ, ແລະຢອດນ້ຳເຫຼົ່ານັ້ນຖືກລວມເຂົ້າກັນຢ່າງແໜ້ນໜາເພື່ອປະກອບເປັນຊັ້ນ SiC ທີ່ໜາແໜ້ນ. ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 1200℃, ຊັ້ນເຄືອບ SiC ກໍ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນເຊັ່ນກັນ, ແຕ່ຮູບຮ່າງຂອງ SiC ຈະກາຍເປັນຫຼາຍສັນ ແລະ ໜ້າຜິວຂອງຊັ້ນເຄືອບຈະປະກົດວ່າຫຍາບກວ່າ. ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 1300℃, ອະນຸພາກຮູບຊົງກົມທຳມະດາຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງປະມານ 3μm ຈະພົບເຫັນຢູ່ເທິງໜ້າຜິວຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ graphite. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າໃນອຸນຫະພູມນີ້, SiC ໄດ້ຖືກປ່ຽນເປັນນິວເຄຼຍສ໌ໄລຍະອາຍແກັສ, ແລະອັດຕາການເນົ່າເປື່ອຍ MTS ແມ່ນໄວຫຼາຍ. ໂມເລກຸນຂະໜາດນ້ອຍໄດ້ປະຕິກິລິຍາ ແລະ ນິວເຄຼຍສ໌ເພື່ອສ້າງເມັດ SiC ກ່ອນທີ່ພວກມັນຈະຖືກດູດຊຶມຢູ່ເທິງໜ້າຜິວຊັ້ນຮອງພື້ນ. ຫຼັງຈາກເມັດປະກອບເປັນອະນຸພາກຮູບຊົງກົມ, ພວກມັນຈະຕົກລົງຕໍ່າກວ່າ, ໃນທີ່ສຸດຈະເຮັດໃຫ້ຊັ້ນເຄືອບອະນຸພາກ SiC ວ່າງທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນຕ່ຳ. ແນ່ນອນ, 1300℃ ບໍ່ສາມາດໃຊ້ເປັນອຸນຫະພູມການສ້າງຊັ້ນເຄືອບ SiC ທີ່ໜາແໜ້ນໄດ້. ການປຽບທຽບທີ່ຄົບຖ້ວນສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຖ້າຕ້ອງການກະກຽມຊັ້ນເຄືອບ SiC ທີ່ໜາແໜ້ນ, ອຸນຫະພູມການວາງ CVD ທີ່ດີທີ່ສຸດແມ່ນ 1100℃.

ຮູບທີ 3 ສະແດງໃຫ້ເຫັນອັດຕາການຕົກຕະກອນຂອງຊັ້ນເຄືອບ SiC CVD ທີ່ອຸນຫະພູມການຕົກຕະກອນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ເມື່ອອຸນຫະພູມການຕົກຕະກອນເພີ່ມຂຶ້ນ, ອັດຕາການຕົກຕະກອນຂອງຊັ້ນເຄືອບ SiC ຈະຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງ. ອັດຕາການຕົກຕະກອນທີ່ 900°C ແມ່ນ 0.352 mg·h-1/mm2, ແລະການເຕີບໂຕຕາມທິດທາງຂອງເສັ້ນໄຍນໍາໄປສູ່ອັດຕາການຕົກຕະກອນທີ່ໄວທີ່ສຸດ. ອັດຕາການຕົກຕະກອນຂອງຊັ້ນເຄືອບທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງສຸດແມ່ນ 0.179 mg·h-1/mm2. ເນື່ອງຈາກການຕົກຕະກອນຂອງອະນຸພາກ SiC ບາງຊະນິດ, ອັດຕາການຕົກຕະກອນທີ່ 1300°C ແມ່ນຕໍ່າສຸດ, ພຽງແຕ່ 0.027 mg·h-1/mm2.   ສະຫຼຸບ: ອຸນຫະພູມການຕົກຕະກອນ CVD ທີ່ດີທີ່ສຸດແມ່ນ 1100℃. ອຸນຫະພູມຕໍ່າຊ່ວຍສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕຂອງ SiC ໃນທິດທາງດຽວກັນ, ໃນຂະນະທີ່ອຸນຫະພູມສູງເຮັດໃຫ້ SiC ຜະລິດການຕົກຕະກອນໄອນ້ຳ ແລະ ເຮັດໃຫ້ເກີດການເຄືອບທີ່ບາງ. ດ້ວຍການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງອຸນຫະພູມການຕົກຕະກອນ, ອັດຕາການຕົກຕະກອນຂອງການເຄືອບ SiC CVDຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງ.