CVD SiC бүрэх гэж юу вэ?
Химийн уурын хуримтлал (CVD) нь өндөр цэвэршилттэй хатуу материалыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг вакуум хуримтлуулах процесс юм. Энэ процессыг ихэвчлэн хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийн талбарт вафель гадаргуу дээр нимгэн хальс үүсгэхэд ашигладаг. CVD-ээр цахиурын карбидыг бэлтгэх явцад субстрат нь нэг буюу хэд хэдэн дэгдэмхий прекурсоруудад өртөж, субстратын гадаргуу дээр химийн урвалд орж, хүссэн цахиурын карбидын ордуудыг хадгалдаг. Цахиурын карбидын материалыг бэлтгэх олон аргуудын дотроос химийн уурын хуримтлалаар бэлтгэсэн бүтээгдэхүүн нь илүү жигд, цэвэршилттэй байдаг бөгөөд энэ арга нь процессыг хянах чадвартай байдаг. CVD цахиур карбид материалууд нь маш сайн дулаан, цахилгаан болон химийн шинж чанаруудын өвөрмөц хослолтой тул өндөр хүчин чадалтай материал шаардлагатай хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд ашиглахад маш тохиромжтой. CVD цахиурын карбидын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сийлбэрлэх төхөөрөмж, MOCVD төхөөрөмж, Si epitaxial төхөөрөмж, SiC эпитаксиал төхөөрөмж, хурдан дулааны боловсруулалтын төхөөрөмж болон бусад салбарт өргөнөөр ашигладаг.
Энэ нийтлэл нь бэлтгэх явцад янз бүрийн процессын температурт ургасан нимгэн хальсны чанарыг шинжлэхэд чиглэгддэг.CVD SiC бүрэх, ингэснээр хамгийн тохиромжтой процессын температурыг сонгох. Туршилтанд графитыг субстрат болгон, трихлорметилсиланыг (MTS) урвалын эх үүсвэр болгон ашигладаг. SiC бүрэх нь нам даралтын ЗСӨ-ийн процесс, микроморфологийн нөлөөгөөр хуримтлагддагCVD SiC бүрэхтүүний бүтцийн нягтыг шинжлэхийн тулд электрон микроскопоор сканнердах замаар ажиглагддаг.
Бал чулуун субстратын гадаргуугийн температур маш өндөр байдаг тул завсрын хий нь субстратын гадаргуугаас шингэж, гадагшлах ба эцэст нь субстратын гадаргуу дээр үлдсэн C ба Si нь хатуу фазын SiC-ийг үүсгэж SiC бүрээсийг үүсгэнэ. Дээрх CVD-SiC өсөлтийн процессоос харахад температур нь хийн тархалт, MTS-ийн задрал, дусал үүсэх, завсрын хийн десорбц, гадагшлах үйл явцад нөлөөлөх тул тунадасны температур нь SiC бүрхүүлийн морфологид гол үүрэг гүйцэтгэх болно. Бүрээсний микроскопийн морфологи нь бүрхүүлийн нягтын хамгийн зөн совингийн илрэл юм. Тиймээс CVD SiC бүрхүүлийн микроскопийн морфологид янз бүрийн хуримтлалын температурын нөлөөг судлах шаардлагатай. MTS нь SiC бүрээсийг 900~1600℃-ийн хооронд задалж, хуримтлуулах чадвартай тул энэхүү туршилт нь CVD-ийн температурт үзүүлэх нөлөөллийг судлахын тулд SiC бүрэх бэлтгэхийн тулд 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃, 1300℃ гэсэн таван тунадасны температурыг сонгосон. Тодорхой параметрүүдийг Хүснэгт 3-т үзүүлэв. Зураг 2-т янз бүрийн хуримтлалын температурт ургасан CVD-SiC бүрхүүлийн микроскопийн морфологийг үзүүлэв.
Тунадасжилтын температур 900℃ байх үед бүх SiC нь шилэн хэлбэрт шилжинэ. Эндээс харахад нэг ширхэгийн диаметр нь ойролцоогоор 3.5μм, харьцаа нь 3 (<10) орчим байна. Түүгээр ч барахгүй тоо томшгүй олон нано-SiC тоосонцороос бүрддэг тул уламжлалт SiC нано утас, нэг талст SiC сахалнаас ялгаатай поликристал SiC бүтцэд хамаардаг. Энэхүү фиброз SiC нь процессын үндэслэлгүй параметрүүдээс үүдэлтэй бүтцийн согог юм. Энэхүү SiC бүрхүүлийн бүтэц нь харьцангуй сул, ширхэгт SiC-ийн хооронд олон тооны нүх сүвтэй, нягтрал нь маш бага байгааг харж болно. Тиймээс энэ температур нь нягт SiC бүрээсийг бэлтгэхэд тохиромжгүй. Ихэвчлэн фиброз SiC-ийн бүтцийн согогууд нь хэт бага тунадасны температураас үүдэлтэй байдаг. Бага температурт субстратын гадаргуу дээр шингэсэн жижиг молекулууд нь бага энергитэй, шилжих чадвар муутай байдаг. Тиймээс жижиг молекулууд шилжин суурьшиж, SiC мөхлөгүүдийн хамгийн бага гадаргуугийн чөлөөт энерги (үр тарианы үзүүр гэх мэт) хүртэл өсөх хандлагатай байдаг. Тасралтгүй чиглэлтэй өсөлт нь эцэстээ фиброз SiC бүтцийн согогийг үүсгэдэг.
CVD SiC бүрээсийг бэлтгэх:
Нэгдүгээрт, бал чулууны субстратыг өндөр температурт вакуум зууханд хийж, үнсийг зайлуулах зорилгоор 1500 ℃ температурт 1 цаг байлгана. Дараа нь бал чулуун блокыг 15х15х5мм хэмжээтэй блок болгон хайчилж, графит блокны гадаргууг 1200 торон зүлгүүрээр өнгөлж, SiC хуримтлалд нөлөөлж буй гадаргуугийн нүх сүвийг арилгана. Боловсруулсан графит блокыг усгүй этилийн спирт, нэрмэл усаар угааж, дараа нь 100 градусын зууханд хийж хатаана. Төгсгөлд нь бал чулууны субстратыг SiC тунадасжуулахын тулд хоолойн зуухны үндсэн температурын бүсэд байрлуулна. Химийн уурын хуримтлуулах системийн бүдүүвч диаграммыг 1-р зурагт үзүүлэв.
TheCVD SiC бүрэхбөөмийн хэмжээ, нягтыг шинжлэхийн тулд электрон микроскопоор ажиглав. Нэмж дурдахад SiC бүрхүүлийн хуримтлалын хурдыг дараах томъёогоор тооцоолсон болно. VSiC=(м2-м1)/(Sxt)x100% VSiC=Туршилтын хурд; м2 – бүрэх дээжийн масс (мг); m1-субстратын масс (мг); Субстратын S-гадаргын талбай (мм2); t-туутгах хугацаа (h). CVD-SiC нь харьцангуй төвөгтэй бөгөөд үйл явцыг дараах байдлаар дүгнэж болно: өндөр температурт MTS нь дулааны задралд орж, нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр ба цахиурын эх үүсвэрийн жижиг молекулуудыг үүсгэдэг. Нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрийн жижиг молекулуудад голчлон CH3, C2H2, C2H4, цахиурын эх үүсвэрийн жижиг молекулуудад SiCI2, SiCI3 гэх мэт; Эдгээр нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр ба цахиурын эх үүсвэрийн жижиг молекулууд дараа нь зөөгч хий болон шингэрүүлэгч хийгээр бал чулууны субстратын гадаргуу руу зөөгдөж, дараа нь эдгээр жижиг молекулууд нь шингээх хэлбэрээр субстратын гадаргуу дээр шингэж, дараа нь жижиг молекулуудын хооронд химийн урвал явагдах ба жижиг дуслууд үүсэх, мөн дусал аажмаар ургах болно. завсрын дайвар бүтээгдэхүүн (HCl хий) үүсэх дагалддаг; Температур 1000 ℃ хүртэл өсөхөд SiC бүрхүүлийн нягтрал ихээхэн сайжирна. Эндээс харахад ихэнх бүрхүүл нь SiC мөхлөгүүдээс бүрддэг (ойролцоогоор 4мкм хэмжээтэй) боловч зарим ширхэгт SiC согогууд бас илэрсэн нь энэ температурт SiC-ийн чиглэлтэй өсөлт хэвээр байгаа бөгөөд бүрэх нь хангалттай нягт биш байгааг харуулж байна. Температур 1100 ℃ хүртэл өсөхөд SiC бүрхүүл нь маш нягт болж, утаслаг SiC согогууд бүрмөсөн алга болсон байна. Бүрхүүл нь 5~10μm диаметртэй дусал хэлбэртэй SiC хэсгүүдээс тогтсон бөгөөд тэдгээр нь нягт нийлдэг. Бөөмийн гадаргуу нь маш барзгар байдаг. Энэ нь тоо томшгүй олон нано хэмжээний SiC үр тарианаас бүрддэг. Үнэн хэрэгтээ 1100 ℃ температурт CVD-SiC өсөлтийн процесс нь масс дамжуулах хяналттай болсон. Субстратын гадаргуу дээр шингэсэн жижиг молекулууд нь бөөм болж, SiC мөхлөгт ургахад хангалттай эрчим хүч, цаг хугацаатай байдаг. SiC мөхлөгүүд нь жигд том дусал үүсгэдэг. Гадаргуугийн энергийн нөлөөгөөр ихэнх дуслууд нь бөмбөрцөг хэлбэртэй харагдах ба дуслууд нь нягт нийлж нягт SiC бүрхүүл үүсгэдэг. Температур 1200℃ хүртэл өсөхөд SiC бүрээс нь нягт байх боловч SiC-ийн морфологи нь олон нуруутай болж, бүрхүүлийн гадаргуу илүү барзгар харагдана. Температур 1300℃ хүртэл өсөхөд бал чулууны субстратын гадаргуу дээр ойролцоогоор 3 μм диаметртэй олон тооны ердийн бөмбөрцөг хэсгүүд олддог. Учир нь энэ температурт SiC нь хийн фазын бөөм болж хувирсан бөгөөд MTS-ийн задралын хурд маш хурдан байдаг. Жижиг молекулууд нь субстратын гадаргуу дээр шингээхээс өмнө урвалд орж, цөм болж SiC мөхлөгүүдийг үүсгэдэг. Мөхлөгүүд нь бөмбөрцөг хэлбэртэй бөөмс үүсгэсний дараа доошоо унаж, улмаар нягтрал муутай, сул SiC ширхэгийн бүрэх үүснэ. 1300 ℃-ийг нягт SiC бүрэх үүсгэх температур болгон ашиглах боломжгүй нь ойлгомжтой. Нарийвчилсан харьцуулалтаас харахад өтгөн SiC бүрэх бэлтгэх шаардлагатай бол ЗСӨ-ийн хамгийн оновчтой тунадасжилтын температур 1100℃ байна.
Зураг 3-т CVD SiC бүрээсийн тунадасжилтын хурдыг өөр өөр температурт харуулав. Тунадасжилтын температур нэмэгдэхийн хэрээр SiC бүрхүүлийн хуримтлалын хурд аажмаар буурдаг. 900°С-т тунадасжих хурд нь 0.352 мг·цаг-1/мм2 бөгөөд утаснуудын чиглэлийн өсөлт нь хамгийн хурдан тунадасжилтад хүргэдэг. Хамгийн их нягтралтай бүрээсийн тунадасжилтын хурд нь 0.179 мг·цаг-1/мм2 байна. Зарим SiC тоосонцор хуримтлагдсанаас 1300°С-т тунах хурд хамгийн бага буюу ердөө 0.027 мг·ц-1/мм2 байна. Дүгнэлт: ЗСӨ-ийн хамгийн сайн хуримтлуулах температур нь 1100℃ байна. Бага температур нь SiC-ийн чиглэлтэй өсөлтийг дэмждэг бол өндөр температур нь SiC-ийн уурын хуримтлал үүсгэж, сийрэг бүрхүүл үүсгэдэг. Туналтын температур нэмэгдэхийн хэрээр тунадасжилтын хурдCVD SiC бүрэхаажмаар буурдаг.
Шуудангийн цаг: 2025-05-26