Што е CVD SiC премаз?
Хемиското таложење со пареа (CVD) е процес на вакуумско таложење што се користи за производство на цврсти материјали со висока чистота. Овој процес често се користи во областа на производството на полупроводници за формирање тенки филмови на површината на плочките. Во процесот на подготовка на силициум карбид со CVD, подлогата е изложена на еден или повеќе испарливи прекурсори, кои хемиски реагираат на површината на подлогата за да ги таложат посакуваните наслаги од силициум карбид. Меѓу многуте методи за подготовка на силициум карбидни материјали, производите подготвени со хемиско таложење со пареа имаат поголема униформност и чистота, а овој метод има силна контрола на процесот. CVD силициум карбидните материјали имаат единствена комбинација од одлични термички, електрични и хемиски својства, што ги прави многу погодни за употреба во полупроводничката индустрија каде што се потребни високо-перформансни материјали. CVD силициум карбидните компоненти се широко користени во опрема за гравирање, MOCVD опрема, Si епитаксијална опрема и SiC епитаксијална опрема, опрема за брза термичка обработка и други области.
Оваа статија се фокусира на анализа на квалитетот на тенки филмови одгледувани на различни процесни температури за време на подготовката наCVD SiC облога, со цел да се избере најсоодветната температура на процесот. Експериментот користи графит како подлога и трихлорометилсилан (MTS) како гас од изворот на реакцијата. Облогата од SiC се нанесува со CVD процес со низок притисок, а микроморфологијата наCVD SiC облогасе набљудува со скенирачка електронска микроскопија за да се анализира неговата структурна густина.
Бидејќи површинската температура на графитната подлога е многу висока, средниот гас ќе биде десорбиран и испуштен од површината на подлогата, и конечно C и Si што остануваат на површината на подлогата ќе формираат SiC во цврста фаза за да формираат SiC облога. Според горенаведениот процес на раст CVD-SiC, може да се види дека температурата ќе влијае на дифузијата на гасот, распаѓањето на MTS, формирањето на капки и десорпцијата и испуштањето на средниот гас, па затоа температурата на таложење ќе игра клучна улога во морфологијата на SiC облогата. Микроскопската морфологија на облогата е најинтуитивната манифестација на густината на облогата. Затоа, потребно е да се проучи ефектот на различните температури на таложење врз микроскопската морфологија на CVD SiC облогата. Бидејќи MTS може да се распадне и да таложи SiC облога помеѓу 900~1600℃, овој експеримент избира пет температури на таложење од 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ и 1300℃ за подготовка на SiC облога за да се проучи ефектот на температурата врз CVD-SiC облогата. Специфичните параметри се прикажани во Табела 3. Слика 2 ја прикажува микроскопската морфологија на CVD-SiC премазот одгледан на различни температури на таложење.
Кога температурата на таложење е 900℃, целиот SiC расте во облици на влакна. Може да се види дека дијаметарот на едно влакно е околу 3,5μm, а неговиот сооднос на ширина и висина е околу 3 (<10). Покрај тоа, тој е составен од безброј нано-SiC честички, па затоа припаѓа на поликристална SiC структура, која е различна од традиционалните SiC наножици и монокристалните SiC мустаќи. Овој влакнест SiC е структурен дефект предизвикан од неразумни параметри на процесот. Може да се види дека структурата на овој SiC премаз е релативно лабава и има голем број пори помеѓу влакнестиот SiC, а густината е многу ниска. Затоа, оваа температура не е погодна за подготовка на густи SiC премази. Вообичаено, влакнестите структурни дефекти на SiC се предизвикани од премногу ниска температура на таложење. На ниски температури, малите молекули адсорбирани на површината на подлогата имаат ниска енергија и слаба способност за миграција. Затоа, малите молекули имаат тенденција да мигрираат и да растат до најниската површинска слободна енергија на зрната SiC (како што е врвот на зрното). Континуираниот насочен раст на крајот формира влакнести структурни дефекти на SiC.
Подготовка на CVD SiC премаз:
Прво, графитната подлога се става во вакуумска печка со висока температура и се чува на 1500℃ 1 час во Ar атмосфера за отстранување на пепелта. Потоа, графитниот блок се сече на блок од 15x15x5 mm, а површината на графитниот блок се полира со шмиргла од 1200 mesh за да се отстранат површинските пори кои влијаат на таложењето на SiC. Третираниот графитен блок се мие со безводен етанол и дестилирана вода, а потоа се става во печка на 100℃ за сушење. Конечно, графитната подлога се става во главната температурна зона на цевчестата печка за таложење на SiC. Шематскиот дијаграм на системот за хемиско таложење со пареа е прикажан на Слика 1.
НаCVD SiC облогабеше набљудувано со скенирачка електронска микроскопија за да се анализира големината и густината на честичките. Покрај тоа, брзината на таложење на SiC облогата беше пресметана според следната формула: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC = Стапка на таложење; m2–маса на примерокот од облогата (mg); m1 – маса на подлогата (mg); S-површина на подлогата (mm2); t - времето на таложење (h). CVD-SiC е релативно комплициран процес, а процесот може да се сумира на следниов начин: на висока температура, MTS ќе претрпи термичко распаѓање за да формира мали молекули од извор на јаглерод и извор на силициум. Малите молекули од извор на јаглерод главно вклучуваат CH3, C2H2 и C2H4, а малите молекули од извор на силициум главно вклучуваат SiCI2, SiCI3, итн.; овие мали молекули од извор на јаглерод и извор на силициум потоа ќе бидат транспортирани до површината на графитната подлога од страна на носачкиот гас и разредувачкиот гас, а потоа овие мали молекули ќе бидат адсорбирани на површината на подлогата во форма на адсорпција, а потоа ќе се појават хемиски реакции помеѓу малите молекули за да се формираат мали капки кои постепено растат, а капките исто така ќе се спојат, а реакцијата ќе биде придружена со формирање на меѓупроизводи (HCl гас); Кога температурата се зголемува на 1000 ℃, густината на SiC премазот значително се подобрува. Може да се види дека поголемиот дел од премазот е составен од SiC зрна (со големина од околу 4 μm), но се наоѓаат и некои влакнести SiC дефекти, што покажува дека сè уште има насочен раст на SiC на оваа температура, а премазот сè уште не е доволно густ. Кога температурата се зголемува на 1100 ℃, може да се види дека SiC премазот е многу густ, а влакнестите SiC дефекти целосно исчезнале. Премазот е составен од SiC честички во форма на капки со дијаметар од околу 5~10 μm, кои се цврсто споени. Површината на честичките е многу груба. Составена е од безброј SiC зрна во наноразмер. Всушност, процесот на раст CVD-SiC на 1100 ℃ стана контролиран со пренос на маса. Малите молекули адсорбирани на површината на подлогата имаат доволно енергија и време да се нуклеираат и да растат во SiC зрна. SiC зрната рамномерно формираат големи капки. Под дејство на површинската енергија, повеќето капки изгледаат сферични, а капките се цврсто споени за да формираат густ SiC слој. Кога температурата се зголемува на 1200℃, облогата од SiC е исто така густа, но морфологијата на SiC станува повеќеслојна и површината на облогата изгледа погруба. Кога температурата се зголемува на 1300℃, на површината на графитната подлога се наоѓаат голем број правилни сферични честички со дијаметар од околу 3μm. Ова е затоа што на оваа температура, SiC се трансформира во гасна фаза на нуклеација, а брзината на распаѓање на MTS е многу брза. Малите молекули реагирале и се нуклеирале за да формираат SiC зрна пред да се адсорбираат на површината на подлогата. Откако зрната ќе формираат сферични честички, тие ќе паднат надолу, што на крајот резултира со лабава облога од SiC честички со слаба густина. Очигледно, 1300℃ не може да се користи како температура на формирање на густа SiC облога. Сеопфатната споредба покажува дека ако треба да се подготви густа SiC облога, оптималната температура на CVD таложење е 1100℃.
Слика 3 ја прикажува брзината на таложење на CVD SiC премази на различни температури на таложење. Со зголемувањето на температурата на таложење, брзината на таложење на SiC премазот постепено се намалува. Брзината на таложење на 900°C е 0,352 mg·h-1/mm2, а насочениот раст на влакната доведува до најбрза брзина на таложење. Брзината на таложење на премазот со најголема густина е 0,179 mg·h-1/mm2. Поради таложењето на некои SiC честички, брзината на таложење на 1300°C е најниска, само 0,027 mg·h-1/mm2. Заклучок: Најдобрата температура за CVD таложење е 1100℃. Ниската температура го поттикнува насочениот раст на SiC, додека високата температура предизвикува SiC да произведе таложење на пареа и да резултира со редок слој. Со зголемувањето на температурата на таложење, брзината на таложење наCVD SiC облогапостепено се намалува.
Време на објавување: 26 мај 2025 година