CVD SiC бүрхүүлийн өсөлтөд янз бүрийн температурын нөлөө

CVD SiC бүрхүүл гэж юу вэ?

Химийн уурын тунадасжуулалт (ХУТТ) нь өндөр цэвэршилттэй хатуу материалыг үйлдвэрлэхэд ашигладаг вакуум тунадасжуулалтын процесс юм. Энэ процессыг хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн салбарт ихэвчлэн вафлины гадаргуу дээр нимгэн хальс үүсгэхэд ашигладаг. ХУТТ-аар цахиурын карбид бэлтгэх явцад суурь нь нэг буюу хэд хэдэн дэгдэмхий урьдал бодист өртдөг бөгөөд эдгээр нь суурь гадаргуу дээр химийн урвалд орж хүссэн цахиурын карбидын тунадас үүсгэдэг. Цахиурын карбидын материалыг бэлтгэх олон аргуудын дотроос химийн уурын тунадасжуулалтаар бэлтгэсэн бүтээгдэхүүн нь илүү өндөр жигд байдал, цэвэршилттэй байдаг бөгөөд энэ арга нь процессыг хянах хүчтэй чадвартай байдаг. CVD цахиурын карбидын материалууд нь маш сайн дулааны, цахилгааны болон химийн шинж чанаруудын өвөрмөц хослолтой тул өндөр хүчин чадалтай материал шаардлагатай хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд ашиглахад маш тохиромжтой. CVD цахиурын карбидын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сийлбэрийн тоног төхөөрөмж, MOCVD тоног төхөөрөмж, Si эпитаксиал тоног төхөөрөмж болон SiC эпитаксиал тоног төхөөрөмж, хурдан дулааны боловсруулалтын тоног төхөөрөмж болон бусад салбарт өргөн ашигладаг.

Энэхүү нийтлэл нь бэлтгэх явцад янз бүрийн процессын температурт ургуулсан нимгэн хальсны чанарыг шинжлэхэд чиглэгддэг.CVD SiC бүрхүүл, хамгийн тохиромжтой процессын температурыг сонгохын тулд. Туршилтад бал чулууг субстрат болгон, трихлорметилсилан (MTS)-ийг урвалын эх үүсвэр болгон ашигладаг. SiC бүрхүүлийг нам даралтын CVD процессоор хуримтлуулдаг бөгөөд микроморфологи ньCVD SiC бүрхүүлбүтцийн нягтралыг шинжлэхийн тулд сканнердах электрон микроскопоор ажигладаг.

Бал чулуун суурь гадаргуугийн температур маш өндөр тул завсрын хий нь десорбцид орж, суурь гадаргуугаас гадагшилж, эцэст нь суурь гадаргуу дээр үлдсэн C ба Si нь хатуу фазын SiC үүсгэж, SiC бүрхүүл үүсгэнэ. Дээрх CVD-SiC өсөлтийн процессоос харахад температур нь хийн тархалт, MTS-ийн задрал, дусал үүсэх, завсрын хийн десорбци ба гадагшлахад нөлөөлдөг тул тунадасны температур нь SiC бүрхүүлийн морфологид гол үүрэг гүйцэтгэнэ. Бүрхүүлийн микроскопийн морфологи нь бүрхүүлийн нягтын хамгийн ойлгомжтой илрэл юм. Тиймээс CVD SiC бүрхүүлийн микроскопийн морфологид янз бүрийн тунадасны температурын нөлөөллийг судлах шаардлагатай байна. MTS нь SiC бүрхүүлийг 900~1600℃ хооронд задарч, тунадасжуулж чаддаг тул энэхүү туршилтаар CVD-SiC бүрхүүлд температурын нөлөөллийг судлахын тулд SiC бүрхүүл бэлтгэхэд 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃, 1300℃ гэсэн таван тунадасны температурыг сонгож байна. Тодорхой параметрүүдийг Хүснэгт 3-т үзүүлэв. Зураг 2-т янз бүрийн тунадасны температурт ургуулсан CVD-SiC бүрхүүлийн микроскопийн морфологийг харуулав.

Тунадасны температур 900℃ байх үед бүх SiC нь шилэн хэлбэрт ургадаг. Ганц ширхэгийн диаметр нь ойролцоогоор 3.5μm, түүний харьцаа нь ойролцоогоор 3 (<10) байгааг харж болно. Түүнээс гадна, энэ нь тоо томшгүй олон нано-SiC хэсгүүдээс бүрддэг тул уламжлалт SiC нано утас болон дан талст SiC сахлаас ялгаатай поликристал SiC бүтэцтэй холбоотой. Энэхүү ширхэгт SiC нь үндэслэлгүй процессын параметрүүдээс үүдэлтэй бүтцийн согог юм. Энэхүү SiC бүрхүүлийн бүтэц харьцангуй сул, ширхэгт SiC хооронд олон тооны нүх сүв байдаг бөгөөд нягтрал нь маш бага байдаг нь харагдаж байна. Тиймээс энэ температур нь нягт SiC бүрхүүл бэлтгэхэд тохиромжгүй байдаг. Ихэвчлэн ширхэгт SiC бүтцийн согог нь тунадасны температур хэт бага байгаагаас үүсдэг. Бага температурт субстратын гадаргуу дээр шингэсэн жижиг молекулууд нь бага энерги, шилжих чадвар муутай байдаг. Тиймээс жижиг молекулууд нь SiC мөхлөгийн хамгийн бага гадаргуугийн чөлөөт энерги (жишээ нь үр тарианы үзүүр) хүртэл шилжиж, ургадаг. Тасралтгүй чиглэлтэй өсөлт нь эцэстээ фиброз SiC бүтцийн гажиг үүсгэдэг.

CVD SiC бүрхүүл бэлтгэх:

Эхлээд бал чулуун суурь хэсгийг өндөр температурт вакуум зууханд хийж, үнсийг зайлуулахын тулд Ar агаар мандалд 1500°C температурт 1 цаг байлгана. Дараа нь бал чулуун блокийг 15x15x5 мм хэмжээтэй блок болгон зүсэж, SiC-ийн тунадасжилтад нөлөөлдөг гадаргуугийн нүх сүвийг арилгахын тулд бал чулуун блокийн гадаргууг 1200 тортой зүлгүүрээр өнгөлнө. Боловсруулсан бал чулуун блокийг усгүй этанол болон нэрмэл усаар угааж, дараа нь 100°C температурт зууханд хатаана. Эцэст нь бал чулуун суурь хэсгийг SiC тунадасжуулах хоолой хэлбэрийн зуухны гол температурын бүсэд байрлуулна. Химийн уурын тунадасжуулалтын системийн бүдүүвч диаграммыг Зураг 1-т үзүүлэв.

ньCVD SiC бүрхүүлтүүний бөөмийн хэмжээ болон нягтралыг шинжлэхийн тулд сканнердах электрон микроскопоор ажигласан. Үүнээс гадна, SiC бүрхүүлийн тунадасны хурдыг дараах томъёогоор тооцоолсон: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Туналтын хурд; м2 - бүрхүүлийн дээжийн масс (мг); м1 - субстратын масс (мг); Субстратын S-гадаргуугийн талбай (мм2); t-тусламжийн хугацаа (цаг).   CVD-SiC нь харьцангуй төвөгтэй бөгөөд энэ үйл явцыг дараах байдлаар нэгтгэн дүгнэж болно: өндөр температурт MTS нь нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болон цахиурын эх үүсвэрийн жижиг молекулуудыг үүсгэхийн тулд дулааны задралд ордог. Нүүрстөрөгчийн эх үүсвэрийн жижиг молекулууд нь голчлон CH3, C2H2 болон C2H4, цахиурын эх үүсвэрийн жижиг молекулууд нь голчлон SiCI2, SiCI3 гэх мэтийг агуулдаг; эдгээр нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болон цахиурын эх үүсвэрийн жижиг молекулууд нь тээвэрлэгч хий болон шингэлэгч хийгээр бал чулуун суурь гадаргуу руу зөөгдөж, дараа нь эдгээр жижиг молекулууд нь суурь гадаргуу дээр адсорбцийн хэлбэрээр адсорбци хэлбэрээр адсорбцид орж, дараа нь жижиг молекулуудын хооронд химийн урвал явагдаж, аажмаар ургадаг жижиг дуслууд үүсч, дуслууд нь мөн нийлж, урвал нь завсрын дайвар бүтээгдэхүүн (HCl хий) үүсэхтэй хамт явагдана. Температур 1000 ℃ хүртэл нэмэгдэхэд SiC бүрхүүлийн нягтрал мэдэгдэхүйц сайжирдаг. Бүрхүүлийн ихэнх хэсэг нь SiC мөхлөгөөс (ойролцоогоор 4μм хэмжээтэй) бүрддэг боловч зарим ширхэгт SiC согог илэрсэн нь энэ температурт SiC-ийн чиглэлтэй өсөлт хэвээр байгааг харуулж байгаа бөгөөд бүрхүүл нь хангалттай нягт биш хэвээр байна. Температур 1100 ℃ хүртэл нэмэгдэхэд SiC бүрхүүл нь маш нягт бөгөөд ширхэгт SiC согог бүрэн арилсан болохыг харж болно. Бүрхүүл нь нягт холбогдсон 5~10μм диаметртэй дусал хэлбэртэй SiC хэсгүүдээс бүрдэнэ. Бөөмсийн гадаргуу нь маш барзгар. Энэ нь тоо томшгүй олон нано хэмжээтэй SiC мөхлөгөөс бүрдэнэ. Үнэндээ 1100 ℃ температурт CVD-SiC өсөлтийн процесс нь массын дамжуулалтыг хянадаг болсон. Субстратын гадаргуу дээр шингэсэн жижиг молекулууд нь цөм болж, SiC мөхлөг болж ургахад хангалттай энерги, хугацаатай байдаг. SiC мөхлөгүүд нь том дусал үүсгэдэг. Гадаргуугийн энергийн нөлөөн дор ихэнх дуслууд бөмбөрцөг хэлбэртэй харагддаг бөгөөд дуслууд нягт нийлж, өтгөн SiC бүрхүүл үүсгэдэг. Температур 1200℃ хүртэл нэмэгдэхэд SiC бүрхүүл нь мөн нягт байдаг ч SiC морфологи нь олон талт болж, бүрхүүлийн гадаргуу нь илүү барзгар харагддаг. Температур 1300℃ хүртэл нэмэгдэхэд бал чулуун суурь гадаргуу дээр ойролцоогоор 3μм диаметртэй олон тооны ердийн бөмбөрцөг хэлбэртэй хэсгүүд байдаг. Учир нь энэ температурт SiC нь хийн фазын цөмжилт болж хувирдаг бөгөөд MTS-ийн задралын хурд маш хурдан байдаг. Жижиг молекулууд нь суурь гадаргуу дээр шингэхээсээ өмнө урвалд орж, цөмждөг тул SiC мөхлөг үүсгэдэг. Мөхлөгүүд бөмбөрцөг хэлбэртэй мөхлөг үүсгэсний дараа тэдгээр нь доор унаж, эцэст нь нягтрал муутай сул SiC мөхлөг бүрхүүл үүсгэдэг. Мэдээжийн хэрэг, 1300℃-ийг нягт SiC бүрхүүлийн үүсэх температур болгон ашиглах боломжгүй юм. Иж бүрэн харьцуулалтаас харахад хэрэв нягт SiC бүрхүүл бэлтгэх шаардлагатай бол CVD тунадасны оновчтой температур нь 1100℃ байна.

Зураг 3-т CVD SiC бүрхүүлийн янз бүрийн хуримтлалын температурт хуримтлалын хурдыг харуулав. Хуримтлалын температур нэмэгдэхийн хэрээр SiC бүрхүүлийн хуримтлалын хурд аажмаар буурдаг. 900°C-д хуримтлалын хурд 0.352 мг·ц-1/мм2 бөгөөд ширхэгийн чиглэлтэй өсөлт нь хамгийн хурдан хуримтлалын хурдад хүргэдэг. Хамгийн өндөр нягтралтай бүрхүүлийн хуримтлалын хурд 0.179 мг·ц-1/мм2 байна. Зарим SiC хэсгүүд хуримтлагдсанаас болж 1300°C-д хуримтлалын хурд хамгийн бага буюу ердөө 0.027 мг·ц-1/мм2 байна.   Дүгнэлт: Зүрх судасны хатуурлын хамгийн сайн тунадасны температур нь 1100℃ юм. Бага температур нь SiC-ийн чиглэлтэй өсөлтийг дэмждэг бол өндөр температур нь SiC-ийг уурын тунадас үүсгэж, сийрэг бүрхүүл үүсгэдэг. Тунадасны температур нэмэгдэхийн хэрээр тунадасны хурд...CVD SiC бүрхүүлаажмаар буурдаг.