CVD SiC Coating ဆိုတာဘာလဲ။
Chemical vapor deposition (CVD) သည် သန့်ရှင်းမြင့်မြတ်သော အစိုင်အခဲပစ္စည်းများကို ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် အသုံးပြုသော လေဟာနယ် အစစ်ခံခြင်း လုပ်ငန်းစဉ်ဖြစ်သည်။ ဤလုပ်ငန်းစဉ်ကို ဆီမီးကွန်ဒတ်တာ ထုတ်လုပ်ရေးနယ်ပယ်တွင် မကြာခဏ wafers မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ပါးလွှာသော ရုပ်ရှင်များ ဖန်တီးရန် အသုံးပြုသည်။ CVD မှ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ကို ပြင်ဆင်သည့် လုပ်ငန်းစဉ်တွင်၊ အလွှာသည် အလိုရှိသော ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အနည်များကို အပ်နှံရန်အတွက် အလွှာ၏မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ဓာတုဗေဒနည်းဖြင့် တုံ့ပြန်သည့် တစ်ခု သို့မဟုတ် တစ်ခုထက်ပိုသော မတည်ငြိမ်သော ရှေ့ပြေးနမိတ်များနှင့် ထိတွေ့သည်။ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများကို ပြင်ဆင်သည့်နည်းလမ်းများစွာရှိသည့်အနက်၊ ဓာတုအခိုးအငွေ့ထွက်မှုဖြင့် ပြင်ဆင်ထားသော ထုတ်ကုန်များသည် တူညီမှုနှင့် သန့်ရှင်းမှုပိုမိုမြင့်မားပြီး ဤနည်းလမ်းသည် ခိုင်မာသောလုပ်ငန်းစဉ်ကို ထိန်းချုပ်နိုင်စွမ်းရှိသည်။ CVD ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများသည် အထူးကောင်းမွန်သော အပူ၊ လျှပ်စစ်နှင့် ဓာတုဂုဏ်သတ္တိများ ပေါင်းစပ်ထားသောကြောင့် စွမ်းဆောင်ရည်မြင့်ပစ္စည်းများ လိုအပ်သည့် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးစက်လုပ်ငန်းတွင် အသုံးပြုရန် အလွန်သင့်လျော်ပါသည်။ CVD ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အစိတ်အပိုင်းများကို etching ကိရိယာများ၊ MOCVD စက်ကိရိယာများ၊ Si epitaxial ကိရိယာများနှင့် SiC epitaxial ကိရိယာများ၊ လျင်မြန်သောအပူပြုပြင်ခြင်းကိရိယာများနှင့် အခြားနယ်ပယ်များတွင် တွင်ကျယ်စွာအသုံးပြုကြသည်။
ဤဆောင်းပါးသည် ပြင်ဆင်မှုအတွင်း မတူညီသော လုပ်ငန်းစဉ်အပူချိန်များတွင် ပေါက်ရောက်သော ပါးလွှာသော ရုပ်ရှင်များ၏ အရည်အသွေးကို ပိုင်းခြားစိတ်ဖြာခြင်းအပေါ် အလေးပေးဖော်ပြပါသည်။CVD SiC အပေါ်ယံပိုင်းအသင့်လျော်ဆုံးလုပ်ငန်းစဉ်အပူချိန်ကိုရွေးချယ်သကဲ့သို့။ စမ်းသပ်မှုတွင် ဂရပ်ဖိုက်ကို အလွှာအဖြစ်နှင့် trichloromethylsilane (MTS) ကို တုံ့ပြန်မှုအရင်းအမြစ်ဓာတ်ငွေ့အဖြစ် အသုံးပြုသည်။ SiC အပေါ်ယံပိုင်းကို ဖိအားနည်းသော CVD လုပ်ငန်းစဉ်နှင့် အဏုဇီဝဗေဒအရ စုဆောင်းထားသည်။CVD SiC အပေါ်ယံပိုင်း၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာသိပ်သည်းဆကိုခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာရန်အီလက်ထရွန်အဏုစကုပ်ကိုစကင်န်ဖတ်ခြင်းဖြင့်ကြည့်ရှုသည်။
ဂရပ်ဖိုက်အလွှာ၏ မျက်နှာပြင်အပူချိန်သည် အလွန်မြင့်မားသောကြောင့်၊ အလယ်အလတ်ဓာတ်ငွေ့သည် စုပ်ယူခံရပြီး အလွှာမျက်နှာပြင်မှ ထွက်လာမည်ဖြစ်ပြီး၊ နောက်ဆုံးတွင် အလွှာမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ကျန်ရှိနေသော C နှင့် Si တို့သည် အစိုင်အခဲအဆင့် SiC အဖြစ် SiC အပေါ်ယံလွှာအဖြစ် ဖွဲ့စည်းမည်ဖြစ်သည်။ အထက်ဖော်ပြပါ CVD-SiC ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်အရ အပူချိန်သည် ဓာတ်ငွေ့ပျံ့နှံ့မှု၊ MTS ပြိုကွဲမှု၊ အစက်အပြောက်များဖွဲ့စည်းမှုနှင့် အလယ်အလတ်ဓာတ်ငွေ့များ၏ စုပ်ယူမှုနှင့် ထုတ်လွှတ်မှုတို့ကို အကျိုးသက်ရောက်စေသည်၊ ထို့ကြောင့် deposition temperature သည် SiC coating ၏ morphology တွင် အဓိကအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်မည်ဖြစ်သည်။ အပေါ်ယံ၏ အဏုကြည့်ပုံသဏ္ဍာန်သည် အလွှာ၏သိပ်သည်းဆ၏ အလိုလိုသိသာထင်ရှားဆုံးသော ထင်ရှားမှုဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် CVD SiC coating ၏ အဏုကြည့်ပုံသဏ္ဍာန်အပေါ် မတူညီသော အပ်နှံအပူချိန်များ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လေ့လာရန် လိုအပ်ပါသည်။ MTS သည် SiC အပေါ်ယံပိုင်းကို 900 ~ 1600 ℃ကြားတွင် ပြိုကွဲစေပြီး အပ်နှံနိုင်သောကြောင့် ဤစမ်းသပ်ချက်သည် CVD-SiC အပေါ်ယံပိုင်း၏ အပူချိန်ကိုလေ့လာရန်အတွက် အပူချိန် 900 ℃ , 1000 ℃ , 1100 ℃ , 1200 ℃ နှင့် 1300 ℃ ကို ရွေးချယ်သည်။ တိကျသောကန့်သတ်ဘောင်များကို ဇယား 3 တွင်ပြသထားသည်။ ပုံ 2 သည် မတူညီသော deposition temperatures တွင် ပေါက်ရောက်သော CVD-SiC coating ၏ အဏုကြည့်ပုံသဏ္ဍာန်ကို ပြသထားသည်။
သိုလှောင်မှုအပူချိန် 900 ℃သောအခါ SiC အားလုံးသည် ဖိုက်ဘာပုံသဏ္ဍာန်များအဖြစ် ကြီးထွားလာသည်။ ဖိုက်ဘာတစ်ခု၏ အချင်းသည် 3.5μm ခန့်ရှိပြီး ၎င်း၏ ရှုထောင့်အချိုးသည် 3 (<10) ခန့်ရှိကြောင်း တွေ့နိုင်သည်။ ထို့အပြင်၊ ၎င်းသည် မရေမတွက်နိုင်သော nano-SiC အမှုန်များနှင့် ဖွဲ့စည်းထားသောကြောင့် ၎င်းသည် ရိုးရာ SiC nanowires နှင့် single-crystal SiC ပါးသိုင်းမွှေးများနှင့် ကွဲပြားသည့် polycrystalline SiC တည်ဆောက်ပုံနှင့် သက်ဆိုင်ပါသည်။ ဤ fibrous SiC သည် ကျိုးကြောင်းဆီလျော်မှုမရှိသော လုပ်ငန်းစဉ်ဘောင်များကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ချို့ယွင်းချက်ဖြစ်သည်။ ဤ SiC အပေါ်ယံပိုင်းဖွဲ့စည်းပုံသည် အတော်လေး လျော့ရဲနေပြီး fibrous SiC စပ်ကြားတွင် ချွေးပေါက်များ အများအပြား ရှိနေသည်ကို တွေ့မြင်နိုင်ပြီး သိပ်သည်းဆ အလွန်နည်းပါသည်။ ထို့ကြောင့်၊ ဤအပူချိန်သည် သိပ်သည်းသော SiC အပေါ်ယံပိုင်းပြင်ဆင်မှုအတွက် မသင့်လျော်ပါ။ အများအားဖြင့်၊ fibrous SiC ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံဆိုင်ရာ ချို့ယွင်းချက်များသည် စုဆောင်းမှုအပူချိန် အလွန်နည်းသောကြောင့် ဖြစ်ရသည်။ အပူချိန်နိမ့်ချိန်တွင်၊ အလွှာ၏မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ စုပ်ယူထားသော သေးငယ်သော မော်လီကျူးများသည် စွမ်းအင်နည်းပါးပြီး ရွှေ့ပြောင်းနိုင်မှု အားနည်းသည်။ ထို့ကြောင့်၊ သေးငယ်သောမော်လီကျူးများသည် SiC အစေ့အဆန်များ (ဥပမာ- စပါးစေ့များ) ၏ အနိမ့်ဆုံးမျက်နှာပြင် အခမဲ့စွမ်းအင်အဖြစ်သို့ ရွေ့ပြောင်းပြီး ကြီးထွားတတ်သည်။ စဉ်ဆက်မပြတ်ဦးတည်သောတိုးတက်မှုသည် နောက်ဆုံးတွင် fibrous SiC ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံဆိုင်ရာ ချို့ယွင်းချက်ဖြစ်လာသည်။
CVD SiC အပေါ်ယံပိုင်းပြင်ဆင်မှု-
ပထမဦးစွာ၊ ဂရပ်ဖိုက်အလွှာကို အပူချိန်မြင့်သော လေဟာနယ်မီးဖိုတွင် ထားရှိကာ ပြာများကို ဖယ်ရှားရန်အတွက် Ar လေထုတွင် 1 နာရီကြာ 1500 ℃ ထားရှိပါ။ ထို့နောက် ဂရပ်ဖိုက်ဘလောက်ကို 15x15x5mm ရှိသော အတုံးတစ်ခုအဖြစ် ဖြတ်ပြီး SiC ၏ စိမ့်ဝင်မှုအပေါ် သက်ရောက်မှုရှိသော မျက်နှာပြင် ချွေးပေါက်များကို ဖယ်ရှားရန် ဂရပ်ဖိုက်ဘလောက်၏ မျက်နှာပြင်ကို 1200-mesh သဲစက္ကူဖြင့် ပွတ်ပေးပါသည်။ ကုသထားသော ဂရပ်ဖိုက်တုံးကို မဟိုက်ဒရော့စသော အီသနောနှင့် ရေပေါင်းခံရေဖြင့် ဆေးကြောပြီးနောက် အခြောက်ခံရန်အတွက် 100 ℃ မီးဖို၌ ထားရှိပါ။ နောက်ဆုံးတွင်၊ SiC စုဆောင်းမှုအတွက် ဂရပ်ဖိုက်အလွှာကို tubular furnace ၏ အဓိကအပူချိန်ဇုန်တွင် ထားရှိသည်။ ဓာတုအခိုးအငွေ့ထွက်ခြင်းစနစ်၏ ဇယားကွက်ပုံ ၁ ကို ပုံ ၁ တွင် ပြထားသည်။
ဟိCVD SiC အပေါ်ယံပိုင်း၎င်း၏အမှုန်အရွယ်အစားနှင့်သိပ်သည်းဆကိုခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာရန်အီလက်ထရွန်အဏုစကုပ်ကိုစကင်န်ဖတ်ခြင်းဖြင့်လေ့လာတွေ့ရှိခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ SiC အပေါ်ယံပိုင်း၏ အပ်နှံမှုနှုန်းကို အောက်ပါဖော်မြူလာအရ တွက်ချက်ခဲ့သည်- VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=ထွက်နှုန်း၊ m2-အပေါ်ယံပိုင်းနမူနာ (mg); m1-အလွှာ၏ဒြပ်ထု (mg); အလွှာ၏ S-မျက်နှာပြင်ဧရိယာ (mm2); t-အစစ်ခံချိန် (ဇ)။ CVD-SiC သည် အတော်လေး ရှုပ်ထွေးပြီး လုပ်ငန်းစဉ်ကို အောက်ပါအတိုင်း အကျဉ်းချုံးနိုင်သည်- မြင့်မားသော အပူချိန်တွင်၊ MTS သည် ကာဗွန်အရင်းအမြစ်နှင့် ဆီလီကွန်ရင်းမြစ် သေးငယ်သော မော်လီကျူးများအဖြစ် အပူပိုင်းပြိုကွဲသွားမည်ဖြစ်သည်။ ကာဗွန်ရင်းမြစ် သေးငယ်သော မော်လီကျူးများတွင် အဓိကအားဖြင့် CH3၊ C2H2 နှင့် C2H4 ပါဝင်ပြီး ဆီလီကွန် အရင်းအမြစ် သေးငယ်သော မော်လီကျူးများသည် အဓိကအားဖြင့် SiCI2၊ SiCI3 စသည်တို့ ပါဝင်သည်။ ဤကာဗွန်ရင်းမြစ်နှင့် ဆီလီကွန်ရင်းမြစ် သေးငယ်သော မော်လီကျူးများကို သယ်ဆောင်သူဓာတ်ငွေ့နှင့် အရောဝင်ဓာတ်ငွေ့များဖြင့် ဂရပ်ဖိုက်အလွှာ၏ မျက်နှာပြင်သို့ သယ်ယူသွားမည်ဖြစ်ပြီး၊ ထို့နောက် အဆိုပါမော်လီကျူးငယ်များသည် စုပ်ယူမှုပုံစံဖြင့် အမှုန်အမွှားများ၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူသွားမည်ဖြစ်ပြီး၊ ထို့နောက် သေးငယ်သောမော်လီကျူးများကြားတွင် ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများ ဖြစ်ပေါ်မည်ဖြစ်ပြီး၊ သေးငယ်သောအစက်အပြောက်များနှင့် တုံ့ပြန်မှုတို့လည်း ပြန့်ပွားသွားမည်ဖြစ်သည်။ အလယ်အလတ် ဘေးထွက်ပစ္စည်း (HCl ဓာတ်ငွေ့) ၏ဖွဲ့စည်းခြင်း၊ အပူချိန် 1000 ℃ တက်လာသောအခါ SiC coating ၏ သိပ်သည်းဆသည် အလွန်တိုးတက်ပါသည်။ အပေါ်ယံပိုင်းအများစုသည် SiC အစေ့အဆန်များ (အရွယ်အစား 4μm ခန့်) ဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသော်လည်း အချို့သော fibrous SiC ချို့ယွင်းချက်များကိုလည်း တွေ့ရှိနိုင်သည်၊ ၎င်းသည် ဤအပူချိန်တွင် SiC ၏ ဦးတည်ရာအတိုင်းကြီးထွားနေဆဲဖြစ်ပြီး၊ အပေါ်ယံသည် မသိပ်သည်းသေးကြောင်း ပြသသည်။ အပူချိန် 1100 ℃ တက်လာသောအခါ SiC coating သည် အလွန်သိပ်သည်းပြီး fibrous SiC ချို့ယွင်းချက်များ လုံးဝပျောက်ကွယ်သွားသည်ကို တွေ့နိုင်ပါသည်။ အပေါ်ယံပိုင်းသည် အချင်း 5 ~ 10μm ခန့်ရှိသော အစက်အပြောက်ပုံသဏ္ဍာန် SiC အမှုန်များဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားပြီး တင်းကျပ်စွာ ပေါင်းစပ်ထားသည်။ အမှုန်များ၏မျက်နှာပြင်သည် အလွန်ကြမ်းတမ်းသည်။ မရေမတွက်နိုင်သော နာနိုစကေး SiC အစေ့များဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ တကယ်တော့ CVD-SiC ကြီးထွားမှုဖြစ်စဉ်သည် 1100 ℃ တွင် အစုလိုက်အပြုံလိုက် လွှဲပြောင်းခြင်းကို ထိန်းချုပ်ထားသည်။ အလွှာ၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူထားသော သေးငယ်သော မော်လီကျူးများသည် SiC စေ့များအဖြစ် ကြီးထွားရန် လုံလောက်သော စွမ်းအင်နှင့် အချိန်ရှိသည်။ SiC အစေ့အဆန်များသည် ကြီးမားသော အမှုန်အမွှားများ ညီညီစွာ ဖွဲ့စည်းသည်။ မျက်နှာပြင်စွမ်းအင်၏လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင်၊ အစက်အစက်အများစုသည် စက်လုံးပုံသဏ္ဍာန်ရှိပြီး အစက်အစက်များသည် အလွန်သိပ်သည်းသော SiC အပေါ်ယံလွှာအဖြစ် တင်းကျပ်စွာပေါင်းစပ်ထားသည်။ အပူချိန် 1200 ဒီဂရီအထိ မြင့်တက်လာသောအခါတွင် SiC အပေါ်ယံပိုင်းသည် ထူထပ်လာသော်လည်း SiC အသွင်သဏ္ဍာန်သည် အထွတ်အထိပ်ဖြစ်သွားပြီး အပေါ်ယံမျက်နှာပြင်သည် ပိုမိုကြမ်းတမ်းလာသည်။ အပူချိန် 1300 ℃ တိုးလာသောအခါ ဂရပ်ဖိုက်အလွှာ၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် အချင်း 3μm ခန့်ရှိသော ပုံမှန် စက်လုံးပုံအမှုန်များကို တွေ့ရှိရသည်။ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် ဤအပူချိန်တွင် SiC သည် gas phase nucleation အဖြစ်သို့ပြောင်းလဲသွားပြီး MTS ပြိုကွဲမှုနှုန်းသည် အလွန်မြန်ဆန်သောကြောင့်ဖြစ်သည်။ သေးငယ်သော မော်လီကျူးများသည် ဓာတ်ပြုပြီး နျူကလိယပြုပြီး SiC အစေ့အဆန်များကို အလွှာမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူမခံရမီတွင် တုံ့ပြန်ကြသည်။ အစေ့အဆန်များသည် လုံးပတ်အမှုန်များဖွဲ့စည်းပြီးနောက်၊ ၎င်းတို့သည် အောက်ဘက်သို့ ကျဆင်းသွားကာ နောက်ဆုံးတွင် သိပ်သည်းဆညံ့ဖျင်းသော SiC အမှုန်အမွှားများကို အပေါ်ယံလွှာအဖြစ် ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ သိသာထင်ရှားသည်၊ 1300 ℃သည်သိပ်သည်းသော SiC အပေါ်ယံပိုင်း၏ဖွဲ့စည်းမှုအပူချိန်အဖြစ်အသုံးမပြုနိုင်ပါ။ ပြည့်စုံသော နှိုင်းယှဉ်ချက်တွင် သိပ်သည်းသော SiC အပေါ်ယံပိုင်းကို ပြင်ဆင်ရပါက၊ အကောင်းဆုံး CVD အပ်နှံအပူချိန်မှာ 1100 ℃ ဖြစ်ကြောင်း ပြသသည်။
ပုံ 3 သည် မတူညီသော deposition temperatures တွင် CVD SiC coatings များ၏ deposition rate ကိုပြသည်။ deposition temperature တိုးလာသည်နှင့်အမျှ SiC coating ၏ deposition rate သည် တဖြည်းဖြည်း လျော့နည်းလာသည်။ 900°C တွင် deposition rate သည် 0.352 mg·h-1/mm2 ဖြစ်ပြီး၊ အမျှင်များ၏ ဦးတည်ရာကြီးထွားမှုသည် အလျင်မြန်ဆုံး စုဆောင်းမှုနှုန်းသို့ ဦးတည်စေသည်။ အမြင့်ဆုံးသိပ်သည်းဆရှိသော အလွှာ၏ အပ်နှံမှုနှုန်းသည် 0.179 mg·h-1/mm2 ဖြစ်သည်။ SiC အမှုန်အချို့၏ အစစ်ခံမှုကြောင့် 1300°C တွင် အစစ်ခံနှုန်းသည် အနိမ့်ဆုံးဖြစ်ပြီး 0.027 mg·h-1/mm2 သာရှိသည်။ နိဂုံး- အကောင်းဆုံး CVD အပ်နှံအပူချိန် 1100 ℃။ အပူချိန်နိမ့်ခြင်းသည် SiC ၏ ဦးတည်ရာ ကြီးထွားမှုကို မြှင့်တင်ပေးပြီး မြင့်မားသော အပူချိန်သည် SiC ကို အခိုးအငွေ့ထွက်စေပြီး ကျဲနေသော အပေါ်ယံပိုင်းကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ deposition temperature တိုးလာတာနဲ့အမျှ deposition rate တိုးလာပါတယ်။CVD SiC အပေါ်ယံပိုင်းတဖြည်းဖြည်း လျော့နည်းလာသည်။
စာတိုက်အချိန်- မေလ ၂၆-၂၀၂၅