सीव्हीडी एसआयसी कोटिंग म्हणजे काय?
केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (CVD) ही एक व्हॅक्यूम डिपॉझिशन प्रक्रिया आहे जी उच्च-शुद्धता घन पदार्थ तयार करण्यासाठी वापरली जाते. ही प्रक्रिया बहुतेकदा सेमीकंडक्टर उत्पादन क्षेत्रात वेफर्सच्या पृष्ठभागावर पातळ फिल्म तयार करण्यासाठी वापरली जाते. CVD द्वारे सिलिकॉन कार्बाइड तयार करण्याच्या प्रक्रियेत, सब्सट्रेट एक किंवा अधिक अस्थिर पूर्वसूचकांच्या संपर्कात येतो, जे इच्छित सिलिकॉन कार्बाइड डिपॉझिट जमा करण्यासाठी सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर रासायनिक प्रतिक्रिया देतात. सिलिकॉन कार्बाइड मटेरियल तयार करण्याच्या अनेक पद्धतींपैकी, रासायनिक वाष्प डिपॉझिशनद्वारे तयार केलेल्या उत्पादनांमध्ये उच्च एकरूपता आणि शुद्धता असते आणि या पद्धतीमध्ये मजबूत प्रक्रिया नियंत्रणक्षमता असते. सीव्हीडी सिलिकॉन कार्बाइड मटेरियलमध्ये उत्कृष्ट थर्मल, इलेक्ट्रिकल आणि रासायनिक गुणधर्मांचे एक अद्वितीय संयोजन आहे, ज्यामुळे ते सेमीकंडक्टर उद्योगात वापरण्यासाठी अतिशय योग्य बनतात जिथे उच्च-कार्यक्षमता सामग्रीची आवश्यकता असते. सीव्हीडी सिलिकॉन कार्बाइड घटक एचिंग उपकरणे, एमओसीव्हीडी उपकरणे, सी एपिटॅक्सियल उपकरणे आणि सीआयसी एपिटॅक्सियल उपकरणे, जलद थर्मल प्रक्रिया उपकरणे आणि इतर क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.
हा लेख तयार करताना वेगवेगळ्या प्रक्रिया तापमानात वाढवलेल्या पातळ फिल्म्सच्या गुणवत्तेचे विश्लेषण करण्यावर केंद्रित आहे.सीव्हीडी एसआयसी कोटिंग, जेणेकरून सर्वात योग्य प्रक्रिया तापमान निवडता येईल. प्रयोगात सब्सट्रेट म्हणून ग्रेफाइट आणि प्रतिक्रिया स्रोत वायू म्हणून ट्रायक्लोरोमेथिलसिलेन (MTS) वापरला जातो. SiC कोटिंग कमी-दाब CVD प्रक्रियेद्वारे जमा होते आणि त्याचे सूक्ष्मरूपशास्त्रसीव्हीडी एसआयसी कोटिंगत्याच्या संरचनात्मक घनतेचे विश्लेषण करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी स्कॅन करून निरीक्षण केले जाते.
ग्रेफाइट सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागाचे तापमान खूप जास्त असल्याने, मध्यवर्ती वायू सब्सट्रेट पृष्ठभागावरून शोषला जाईल आणि सोडला जाईल आणि शेवटी सब्सट्रेट पृष्ठभागावर उरलेले C आणि Si घन अवस्था SiC तयार करतील ज्यामुळे SiC कोटिंग तयार होईल. वरील CVD-SiC वाढीच्या प्रक्रियेनुसार, हे दिसून येते की तापमान वायूच्या प्रसारावर, MTS चे विघटन, थेंबांची निर्मिती आणि मध्यवर्ती वायूचे अवशोषण आणि निर्जंतुकीकरण यावर परिणाम करेल, म्हणून निक्षेपण तापमान SiC कोटिंगच्या आकारविज्ञानात महत्त्वाची भूमिका बजावेल. कोटिंगचे सूक्ष्म आकारविज्ञान हे कोटिंगच्या घनतेचे सर्वात अंतर्ज्ञानी प्रकटीकरण आहे. म्हणून, CVD SiC कोटिंगच्या सूक्ष्म आकारविज्ञानावर वेगवेगळ्या निक्षेपण तापमानांचा प्रभाव अभ्यासणे आवश्यक आहे. MTS 900~1600℃ दरम्यान SiC कोटिंगचे विघटन आणि संचय करू शकते, म्हणून हा प्रयोग CVD-SiC कोटिंगवरील तापमानाच्या परिणामाचा अभ्यास करण्यासाठी SiC कोटिंग तयार करण्यासाठी 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ आणि 1300℃ असे पाच संचय तापमान निवडतो. विशिष्ट पॅरामीटर्स तक्ता 3 मध्ये दर्शविले आहेत. आकृती 2 वेगवेगळ्या संचय तापमानांवर वाढवलेल्या CVD-SiC कोटिंगचे सूक्ष्म आकारविज्ञान दर्शवते.
जेव्हा निक्षेपण तापमान 900℃ असते, तेव्हा सर्व SiC फायबरच्या आकारात वाढतात. एका फायबरचा व्यास सुमारे 3.5μm असतो आणि त्याचा गुणोत्तर सुमारे 3 (<10) असतो हे दिसून येते. शिवाय, ते असंख्य नॅनो-SiC कणांपासून बनलेले असते, म्हणून ते पॉलीक्रिस्टलाइन SiC रचनेशी संबंधित असते, जे पारंपारिक SiC नॅनोवायर आणि सिंगल-क्रिस्टल SiC व्हिस्कर्सपेक्षा वेगळे असते. हे फायबरयुक्त SiC हे अवास्तव प्रक्रिया पॅरामीटर्समुळे होणारे संरचनात्मक दोष आहे. हे पाहिले जाऊ शकते की या SiC कोटिंगची रचना तुलनेने सैल आहे आणि फायबरयुक्त SiC मध्ये मोठ्या प्रमाणात छिद्र आहेत आणि घनता खूप कमी आहे. म्हणून, हे तापमान दाट SiC कोटिंग्ज तयार करण्यासाठी योग्य नाही. सहसा, फायबरयुक्त SiC स्ट्रक्चरल दोष खूप कमी निक्षेपण तापमानामुळे होतात. कमी तापमानात, सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर शोषलेल्या लहान रेणूंमध्ये कमी ऊर्जा आणि खराब स्थलांतर क्षमता असते. म्हणून, लहान रेणू स्थलांतर करतात आणि SiC धान्यांच्या सर्वात कमी पृष्ठभाग मुक्त उर्जेपर्यंत वाढतात (जसे की धान्याचे टोक). सतत दिशात्मक वाढ अखेरीस तंतुमय SiC संरचनात्मक दोष निर्माण करते.
सीव्हीडी एसआयसी कोटिंगची तयारी:
प्रथम, ग्रेफाइट सब्सट्रेट उच्च-तापमानाच्या व्हॅक्यूम फर्नेसमध्ये ठेवला जातो आणि राख काढण्यासाठी Ar वातावरणात 1 तासासाठी 1500℃ वर ठेवला जातो. नंतर ग्रेफाइट ब्लॉक 15x15x5 मिमीच्या ब्लॉकमध्ये कापला जातो आणि ग्रेफाइट ब्लॉकच्या पृष्ठभागावर 1200-जाळीच्या सॅंडपेपरने पॉलिश केले जाते जेणेकरून SiC च्या संचयनावर परिणाम करणारे पृष्ठभागाचे छिद्र काढून टाकले जातील. प्रक्रिया केलेले ग्रेफाइट ब्लॉक निर्जल इथेनॉल आणि डिस्टिल्ड वॉटरने धुतले जाते आणि नंतर सुकविण्यासाठी 100℃ वर ओव्हनमध्ये ठेवले जाते. शेवटी, ग्रेफाइट सब्सट्रेट SiC संचयनासाठी ट्यूबलर फर्नेसच्या मुख्य तापमान क्षेत्रात ठेवले जाते. रासायनिक वाष्प संचयन प्रणालीचा योजनाबद्ध आकृती आकृती 1 मध्ये दर्शविला आहे.
दसीव्हीडी एसआयसी कोटिंगइलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी स्कॅन करून त्याचे कण आकार आणि घनतेचे विश्लेषण करून निरीक्षण केले गेले. याव्यतिरिक्त, SiC कोटिंगचा जमा होण्याचा दर खालील सूत्रानुसार मोजला गेला: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x१००% VSiC=निक्षेप दर; m2–लेपिंग नमुन्याचे वस्तुमान (मिग्रॅ); m1–सब्सट्रेटचे वस्तुमान (मिग्रॅ); सब्सट्रेटचे S-पृष्ठभाग क्षेत्रफळ (मिमी2); t-साक्षरता वेळ (h). CVD-SiC तुलनेने गुंतागुंतीचे आहे आणि ही प्रक्रिया खालीलप्रमाणे सारांशित केली जाऊ शकते: उच्च तापमानात, MTS कार्बन स्रोत आणि सिलिकॉन स्रोत लहान रेणू तयार करण्यासाठी थर्मल विघटन करेल. कार्बन स्रोत लहान रेणूंमध्ये प्रामुख्याने CH3, C2H2 आणि C2H4 समाविष्ट आहेत आणि सिलिकॉन स्रोत लहान रेणूंमध्ये प्रामुख्याने SiCI2, SiCI3 इत्यादींचा समावेश आहे; हे कार्बन स्रोत आणि सिलिकॉन स्रोत लहान रेणू नंतर वाहक वायू आणि सौम्य वायूद्वारे ग्रेफाइट सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर वाहून नेले जातील आणि नंतर हे लहान रेणू सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर शोषणाच्या स्वरूपात शोषले जातील आणि नंतर लहान रेणूंमध्ये रासायनिक अभिक्रिया होतील ज्यामुळे लहान थेंब तयार होतील जे हळूहळू वाढतील आणि थेंब देखील एकत्र होतील आणि प्रतिक्रिया मध्यवर्ती उप-उत्पादने (HCl वायू) तयार होतील; जेव्हा तापमान १००० डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढते तेव्हा SiC लेपची घनता मोठ्या प्रमाणात सुधारते. असे दिसून येते की बहुतेक लेप SiC धान्यांपासून बनलेला असतो (सुमारे ४μm आकारात), परंतु काही तंतुमय SiC दोष देखील आढळतात, जे दर्शविते की या तापमानात SiC ची दिशात्मक वाढ अजूनही आहे आणि लेप अजूनही पुरेसा दाट नाही. जेव्हा तापमान ११०० डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढते तेव्हा असे दिसून येते की SiC लेप खूप दाट आहे आणि तंतुमय SiC दोष पूर्णपणे नाहीसे झाले आहेत. लेप सुमारे ५~१०μm व्यासाच्या थेंबाच्या आकाराच्या SiC कणांपासून बनलेला असतो, जो घट्टपणे एकत्र केला जातो. कणांची पृष्ठभाग खूप खडबडीत असते. ते असंख्य नॅनो-स्केल SiC धान्यांपासून बनलेले असते. खरं तर, ११०० डिग्री सेल्सिअस तापमानात CVD-SiC वाढ प्रक्रिया वस्तुमान हस्तांतरण नियंत्रित झाली आहे. सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर शोषलेल्या लहान रेणूंमध्ये केंद्रक बनण्यासाठी आणि SiC धान्यांमध्ये वाढण्यासाठी पुरेशी ऊर्जा आणि वेळ असतो. SiC धान्ये एकसमानपणे मोठे थेंब तयार करतात. पृष्ठभागावरील ऊर्जेच्या प्रभावाखाली, बहुतेक थेंब गोलाकार दिसतात आणि थेंब घट्टपणे एकत्र होऊन एक दाट SiC लेप तयार होतो. जेव्हा तापमान १२०० डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढते तेव्हा SiC लेप देखील दाट असतो, परंतु SiC आकारविज्ञान बहु-धारदार बनते आणि लेपची पृष्ठभाग अधिक खडबडीत दिसते. जेव्हा तापमान १३०० डिग्री सेल्सिअस पर्यंत वाढते तेव्हा ग्रेफाइट सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर सुमारे ३μm व्यासाचे नियमित गोलाकार कण मोठ्या संख्येने आढळतात. कारण या तापमानात, SiC गॅस फेज न्यूक्लिएशनमध्ये रूपांतरित झाले आहे आणि MTS विघटन दर खूप जलद आहे. सब्सट्रेट पृष्ठभागावर शोषण्यापूर्वी लहान रेणूंनी प्रतिक्रिया दिली आहे आणि न्यूक्लिएट केले आहे ज्यामुळे SiC धान्य तयार होतात. धान्य गोलाकार कण तयार झाल्यानंतर, ते खाली पडतील, परिणामी शेवटी कमी घनतेसह सैल SiC कण कोटिंग होईल. अर्थात, दाट SiC लेपचे तयार तापमान म्हणून १३०० डिग्री सेल्सिअस वापरता येत नाही. व्यापक तुलना दर्शवते की जर दाट SiC लेप तयार करायचा असेल तर इष्टतम CVD निक्षेपण तापमान ११०० डिग्री सेल्सिअस आहे.
आकृती ३ मध्ये वेगवेगळ्या निक्षेपण तापमानांवर CVD SiC कोटिंग्जचा निक्षेपण दर दर्शविला आहे. निक्षेपण तापमान वाढत असताना, SiC कोटिंगचा निक्षेपण दर हळूहळू कमी होतो. ९००°C वर निक्षेपण दर ०.३५२ mg·h-१/mm२ आहे आणि तंतूंच्या दिशात्मक वाढीमुळे सर्वात जलद निक्षेपण दर होतो. सर्वाधिक घनता असलेल्या कोटिंगचा निक्षेपण दर ०.१७९ mg·h-१/mm२ आहे. काही SiC कणांच्या निक्षेपणामुळे, १३००°C वर निक्षेपण दर सर्वात कमी आहे, फक्त ०.०२७ mg·h-१/mm२ आहे. निष्कर्ष: सर्वोत्तम CVD निक्षेपण तापमान ११००℃ आहे. कमी तापमानामुळे SiC ची दिशात्मक वाढ होते, तर उच्च तापमानामुळे SiC वाष्प निक्षेपण निर्माण करते आणि परिणामी विरळ आवरण निर्माण होते. निक्षेपण तापमान वाढल्याने, निक्षेपण दरसीव्हीडी एसआयसी कोटिंगहळूहळू कमी होते.
पोस्ट वेळ: मे-२६-२०२५