CVD SiC အပေါ်ယံလွှာ ကြီးထွားမှုအပေါ် အပူချိန်အမျိုးမျိုး၏ အကျိုးသက်ရောက်မှု

CVD SiC အလွှာဆိုတာ ဘာလဲ။

ဓာတုအငွေ့စုပုံခြင်း (CVD) သည် မြင့်မားသောသန့်စင်မှုအစိုင်အခဲပစ္စည်းများထုတ်လုပ်ရန်အသုံးပြုသောဗို့အားစုပုံခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤလုပ်ငန်းစဉ်ကို ဝေဖာများ၏မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင်ပါးလွှာသောအလွှာများဖွဲ့စည်းရန် semiconductor ထုတ်လုပ်ရေးနယ်ပယ်တွင်မကြာခဏအသုံးပြုလေ့ရှိသည်။ CVD မှတစ်ဆင့်ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပြင်ဆင်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်တွင်၊ အောက်ခံအလွှာသည် မတည်ငြိမ်သော precursors တစ်ခုသို့မဟုတ်တစ်ခုထက်ပိုသောပစ္စည်းများနှင့်ထိတွေ့ပြီး၊ ၎င်းတို့သည် အောက်ခံအလွှာ၏မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ဓာတုဗေဒနည်းဖြင့်ဓာတ်ပြုပြီး လိုချင်သောဆီလီကွန်ကာဗိုက်အနည်အနှစ်များကိုစုပုံစေသည်။ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများပြင်ဆင်ရန်နည်းလမ်းများစွာထဲတွင်၊ ဓာတုအငွေ့စုပုံခြင်းဖြင့်ပြင်ဆင်ထားသောထုတ်ကုန်များသည် ပိုမိုမြင့်မားသောတပြေးညီမှုနှင့်သန့်ရှင်းမှုရှိပြီး ဤနည်းလမ်းသည် လုပ်ငန်းစဉ်ထိန်းချုပ်မှုအားကောင်းသည်။ CVD ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပစ္စည်းများသည် အလွန်ကောင်းမွန်သော အပူ၊ လျှပ်စစ်နှင့် ဓာတုဂုဏ်သတ္တိများ၏ ထူးခြားသောပေါင်းစပ်မှုရှိပြီး မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ပစ္စည်းများ လိုအပ်သည့် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလုပ်ငန်းတွင် အသုံးပြုရန် အလွန်သင့်လျော်ပါသည်။ CVD ဆီလီကွန်ကာဗိုက်အစိတ်အပိုင်းများကို ထွင်းထုသည့်ပစ္စည်းကိရိယာများ၊ MOCVD ပစ္စည်းကိရိယာများ၊ Si epitaxial ပစ္စည်းကိရိယာများနှင့် SiC epitaxial ပစ္စည်းကိရိယာများ၊ အမြန်အပူပေးသည့်ပစ္စည်းကိရိယာများနှင့် အခြားနယ်ပယ်များတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုကြသည်။

ဤဆောင်းပါးသည် စပျစ်သီးခြောက်ပြင်ဆင်မှုအတွင်း မတူညီသော လုပ်ငန်းစဉ်အပူချိန်များတွင် ကြီးထွားလာသော အလွှာပါးများ၏ အရည်အသွေးကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခြင်းအပေါ် အဓိကထားဖော်ပြထားသည်။CVD SiC အလွှာအသင့်တော်ဆုံး လုပ်ငန်းစဉ်အပူချိန်ကို ရွေးချယ်နိုင်ရန်အတွက်။ စမ်းသပ်မှုတွင် ဂရပ်ဖိုက်ကို အောက်ခံအဖြစ် အသုံးပြုပြီး ထရိုင်ကလိုရိုမီသိုင်းဆိုင်လိန်း (MTS) ကို ဓာတ်ပြုမှုအရင်းအမြစ်ဓာတ်ငွေ့အဖြစ် အသုံးပြုသည်။ SiC အပေါ်ယံလွှာကို ဖိအားနည်းသော CVD လုပ်ငန်းစဉ်ဖြင့် ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಸပြီး ၎င်း၏ အဏုကြည့်မှန်ပြောင်းဖြင့် ပုံသွင်းသည်။CVD SiC အလွှာ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံသိပ်သည်းဆကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာရန်အတွက် စကင်န်ဖတ်အီလက်ထရွန် မိုက်ခရိုစကုပ်ဖြင့် လေ့လာစောင့်ကြည့်သည်။

ဂရပ်ဖိုက်အလွှာ၏ မျက်နှာပြင်အပူချိန် အလွန်မြင့်မားသောကြောင့်၊ အလယ်အလတ်ဓာတ်ငွေ့သည် အလွှာမျက်နှာပြင်မှ စုပ်ယူပြီး ထုတ်လွှတ်မည်ဖြစ်ပြီး၊ နောက်ဆုံးတွင် အလွှာမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် ကျန်ရှိနေသော C နှင့် Si သည် SiC အလွှာဖွဲ့စည်းရန် အစိုင်အခဲအဆင့် SiC ကို ဖွဲ့စည်းမည်ဖြစ်သည်။ အထက်ဖော်ပြပါ CVD-SiC ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်အရ၊ အပူချိန်သည် ဓာတ်ငွေ့ပျံ့နှံ့မှု၊ MTS ပြိုကွဲခြင်း၊ အစက်အပြောက်များဖွဲ့စည်းခြင်းနှင့် အလယ်အလတ်ဓာတ်ငွေ့၏ စုပ်ယူပြီး ထုတ်လွှတ်ခြင်းတို့ကို သက်ရောက်မှုရှိမည်ဖြစ်သောကြောင့် အနည်ထိုင်အပူချိန်သည် SiC အလွှာ၏ ပုံသဏ္ဍာန်တွင် အဓိကအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်မည်ဖြစ်သည်။ အလွှာ၏ အဏုကြည့်မှန်ပြောင်းဖြင့်သာ မြင်နိုင်သော ပုံသဏ္ဍာန်သည် အလွှာ၏ သိပ်သည်းဆ၏ အထင်ရှားဆုံး ပေါ်လွင်မှုဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် CVD SiC အလွှာ၏ အဏုကြည့်မှန်ပြောင်းဖြင့်သာ မြင်နိုင်သော ပုံသဏ္ဍာန်အပေါ် မတူညီသော အနည်ထိုင်အပူချိန်များ၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လေ့လာရန် လိုအပ်ပါသည်။ MTS သည် SiC အလွှာကို 900~1600°C အကြားတွင် ပြိုကွဲပြီး အနည်ထိုင်နိုင်သောကြောင့်၊ ဤစမ်းသပ်မှုသည် CVD-SiC အလွှာအပေါ် အပူချိန်၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လေ့လာရန် SiC အလွှာပြင်ဆင်ရန်အတွက် 900°C၊ 1000°C၊ 1100°C၊ 1200°C နှင့် 1300°C အနည်ထိုင်အပူချိန် ငါးခုကို ရွေးချယ်သည်။ သီးခြား ကန့်သတ်ချက်များကို ဇယား ၃ တွင် ပြသထားသည်။ ပုံ ၂ တွင် မတူညီသော အနည်ကျအပူချိန်များတွင် ကြီးထွားလာသော CVD-SiC အလွှာ၏ အဏုကြည့်မှန်ပြောင်းဖြင့်သာ မြင်နိုင်သော morphology ကို ပြသထားသည်။

သိုက်အပူချိန် 900 ℃ ဖြစ်သောအခါ၊ SiC အားလုံးသည် အမျှင်ပုံသဏ္ဍာန်များအဖြစ် ကြီးထွားလာသည်။ တစ်ခုတည်းသော အမျှင်၏ အချင်းသည် 3.5μm ခန့်ရှိပြီး ၎င်း၏ ရှုထောင့်အချိုးမှာ 3 (<10) ခန့်ရှိကြောင်း တွေ့မြင်နိုင်သည်။ ထို့အပြင်၊ ၎င်းသည် မရေမတွက်နိုင်သော nano-SiC အမှုန်များဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသောကြောင့် ၎င်းသည် ရိုးရာ SiC nanowires များနှင့် single-crystal SiC နှုတ်ခမ်းမွှေးများနှင့် ကွဲပြားသော polycrystalline SiC ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် သက်ဆိုင်သည်။ ဤ fibrous SiC သည် မဆင်မခြင် လုပ်ငန်းစဉ် ကန့်သတ်ချက်များကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ချို့ယွင်းချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။ ဤ SiC အပေါ်ယံလွှာ၏ ဖွဲ့စည်းပုံသည် အတော်လေး လျော့ရဲနေပြီး fibrous SiC အကြားတွင် အပေါက်များစွာရှိပြီး သိပ်သည်းဆမှာ အလွန်နည်းပါးကြောင်း တွေ့မြင်နိုင်သည်။ ထို့ကြောင့် ဤအပူချိန်သည် သိပ်သည်းသော SiC အပေါ်ယံလွှာများ ပြင်ဆင်ရန်အတွက် မသင့်တော်ပါ။ ပုံမှန်အားဖြင့် fibrous SiC ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ချို့ယွင်းချက်များသည် သိုက်အပူချိန် အလွန်နိမ့်ခြင်းကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသည်။ အပူချိန်နိမ့်သောအခါ၊ အောက်ခံမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူထားသော မော်လီကျူးငယ်များသည် စွမ်းအင်နည်းပါးပြီး ရွှေ့ပြောင်းနိုင်စွမ်း ညံ့ဖျင်းသည်။ ထို့ကြောင့် မော်လီကျူးငယ်များသည် SiC အမှုန်များ၏ မျက်နှာပြင် အနိမ့်ဆုံး လွတ်လပ်သော စွမ်းအင် (ဥပမာ အမှုန်၏ အဖျားကဲ့သို့) အထိ ရွှေ့ပြောင်းပြီး ကြီးထွားလေ့ရှိသည်။ စဉ်ဆက်မပြတ် ဦးတည်ချက်အတိုင်း ကြီးထွားမှုသည် နောက်ဆုံးတွင် အမျှင် SiC ဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ချို့ယွင်းချက်များကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။

CVD SiC အပေါ်ယံလွှာ ပြင်ဆင်ခြင်း-

ပထမဦးစွာ ဂရပ်ဖိုက်အောက်ခံကို အပူချိန်မြင့်လေဟာနယ်မီးဖိုထဲတွင်ထည့်ပြီး ပြာများဖယ်ရှားရန်အတွက် Ar လေထုထဲတွင် 1500°C တွင် 1 နာရီကြာထားရှိသည်။ ထို့နောက် ဂရပ်ဖိုက်ဘလောက်ကို 15x15x5mm ဘလောက်အဖြစ် ဖြတ်တောက်ပြီး ဂရပ်ဖိုက်ဘလောက်၏မျက်နှာပြင်ကို 1200-mesh sandpaper ဖြင့် ပွတ်တိုက်ကာ SiC စုပုံခြင်းကို ထိခိုက်စေသော မျက်နှာပြင်အပေါက်များကို ဖယ်ရှားသည်။ ကုသထားသော ဂရပ်ဖိုက်ဘလောက်ကို ရေဓာတ်မပါဝင်သော အီသနောနှင့် ပေါင်းခံရေတို့ဖြင့် ဆေးကြောပြီးနောက် အခြောက်ခံရန်အတွက် 100°C ရှိ မီးဖိုတွင် ထားရှိသည်။ နောက်ဆုံးတွင် SiC စုပုံရန်အတွက် ပြွန်မီးဖို၏ အဓိကအပူချိန်ဇုန်တွင် ဂရပ်ဖိုက်အောက်ခံကို ထားရှိသည်။ ဓာတုအငွေ့စုပုံစနစ်၏ ပုံကြမ်းပုံကို ပုံ ၁ တွင် ပြသထားသည်။

ထိုCVD SiC အလွှာ၎င်း၏ အမှုန်အရွယ်အစားနှင့် သိပ်သည်းဆကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာရန် စကင်န်ဖတ်အီလက်ထရွန် မိုက်ခရိုစကုပ်ဖြင့် လေ့လာတွေ့ရှိခဲ့သည်။ ထို့အပြင်၊ SiC အပေါ်ယံလွှာ၏ အနည်ကျနှုန်းကို အောက်ပါဖော်မြူလာအတိုင်း တွက်ချက်ခဲ့သည်။ VSiC=(m2-m1)/(Sxt) x100% VSiC = စုပုံနှုန်း; m2– အပေါ်ယံလွှာနမူနာ၏ အလေးချိန် (မီလီဂရမ်)၊ m1–အောက်ခံအလွှာ၏ အလေးချိန် (မီလီဂရမ်)၊ အောက်ခံအလွှာ၏ S-မျက်နှာပြင်ဧရိယာ (mm2); t- အနည်ကျချိန် (h)။   CVD-SiC သည် အတော်လေးရှုပ်ထွေးပြီး လုပ်ငန်းစဉ်ကို အောက်ပါအတိုင်း အကျဉ်းချုပ်နိုင်သည်- အပူချိန်မြင့်မားသောအခါ၊ MTS သည် ကာဗွန်ရင်းမြစ်နှင့် ဆီလီကွန်ရင်းမြစ် မော်လီကျူးငယ်များဖွဲ့စည်းရန် အပူပြိုကွဲသွားမည်ဖြစ်သည်။ ကာဗွန်ရင်းမြစ် မော်လီကျူးငယ်များတွင် အဓိကအားဖြင့် CH3၊ C2H2 နှင့် C2H4 တို့ပါဝင်ပြီး ဆီလီကွန်ရင်းမြစ် မော်လီကျူးငယ်များတွင် အဓိကအားဖြင့် SiCI2၊ SiCI3 စသည်တို့ ပါဝင်သည်။ ဤကာဗွန်ရင်းမြစ်နှင့် ဆီလီကွန်ရင်းမြစ် မော်လီကျူးငယ်များကို ဂရပ်ဖိုက်အလွှာ၏ မျက်နှာပြင်သို့ သယ်ဆောင်ဓာတ်ငွေ့နှင့် ပျော့ပျောင်းသောဓာတ်ငွေ့ဖြင့် သယ်ယူပို့ဆောင်ပေးမည်ဖြစ်ပြီး ထို့နောက် ဤမော်လီကျူးငယ်များကို အလွှာ၏ မျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူမှုပုံစံဖြင့် စုပ်ယူမည်ဖြစ်ပြီး ထို့နောက် မော်လီကျူးငယ်များအကြားတွင် ဓာတုဗေဒတုံ့ပြန်မှုများ ဖြစ်ပေါ်လာပြီး တဖြည်းဖြည်းကြီးထွားလာသော အစက်ငယ်များကို ဖွဲ့စည်းပေးမည်ဖြစ်ပြီး အစက်ငယ်များသည်လည်း ပေါင်းစပ်သွားမည်ဖြစ်ပြီး ဓာတ်ပြုမှုတွင် အလယ်အလတ် ဘေးထွက်ပစ္စည်းများ (HCl ဓာတ်ငွေ့) ဖွဲ့စည်းခြင်းဖြင့် လိုက်ပါလာမည်ဖြစ်သည်။ အပူချိန် ၁၀၀၀ ℃ အထိမြင့်တက်လာသောအခါ SiC အပေါ်ယံလွှာ၏သိပ်သည်းဆသည် သိသိသာသာတိုးတက်လာသည်။ အပေါ်ယံလွှာအများစုသည် SiC အမှုန်များ (အရွယ်အစား ၄ μm ခန့်) ဖြင့်ဖွဲ့စည်းထားသည်ကို တွေ့မြင်နိုင်သော်လည်း အချို့သောအမျှင် SiC ချို့ယွင်းချက်များကိုလည်း တွေ့ရှိရသည်။ ၎င်းသည် ဤအပူချိန်တွင် SiC ၏ ဦးတည်ချက်ကြီးထွားမှုရှိနေသေးပြီး အပေါ်ယံလွှာသည် လုံလောက်သောသိပ်သည်းဆမရှိသေးကြောင်း ပြသသည်။ အပူချိန် ၁၁၀၀ ℃ အထိမြင့်တက်လာသောအခါ SiC အပေါ်ယံလွှာသည် အလွန်သိပ်သည်းပြီး အမျှင် SiC ချို့ယွင်းချက်များ လုံးဝပျောက်ကွယ်သွားကြောင်း တွေ့မြင်နိုင်သည်။ အပေါ်ယံလွှာသည် အချင်း ၅ မှ ၁၀ μm ခန့်ရှိသော အစက်ပုံသဏ္ဍာန် SiC အမှုန်များဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားပြီး တင်းကျပ်စွာပေါင်းစပ်ထားသည်။ အမှုန်များ၏မျက်နှာပြင်သည် အလွန်ကြမ်းတမ်းသည်။ ၎င်းသည် မရေမတွက်နိုင်သော နာနိုစကေး SiC အမှုန်များဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ အမှန်တကယ်တွင်၊ ၁၁၀၀ ℃ ရှိ CVD-SiC ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်သည် အစုလိုက်အပြုံလိုက်လွှဲပြောင်းမှုကို ထိန်းချုပ်ထားသည်။ အောက်ခံမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူထားသော မော်လီကျူးငယ်များသည် နျူကလိယဖွဲ့စည်းပြီး SiC အမှုန်များအဖြစ် ကြီးထွားရန် လုံလောက်သော စွမ်းအင်နှင့် အချိန်ရှိသည်။ SiC အမှုန်များသည် တစ်ပြေးညီ အစက်ကြီးများကို ဖွဲ့စည်းသည်။ မျက်နှာပြင်စွမ်းအင်၏ လုပ်ဆောင်ချက်အောက်တွင်၊ အစက်အပြောက်အများစုသည် လုံးဝန်းပုံပေါ်ပြီး အစက်အပြောက်များကို သိပ်သည်းသော SiC အပေါ်ယံလွှာတစ်ခုဖွဲ့စည်းရန် တင်းကျပ်စွာပေါင်းစပ်ထားသည်။ အပူချိန် 1200°C အထိမြင့်တက်လာသောအခါ SiC အပေါ်ယံလွှာသည်လည်း သိပ်သည်းသော်လည်း SiC ပုံသဏ္ဍာန်သည် ထောင့်များစွာဖြစ်လာပြီး အပေါ်ယံလွှာ၏ မျက်နှာပြင်သည် ပိုမိုကြမ်းတမ်းလာသည်။ အပူချိန် 1300°C အထိမြင့်တက်လာသောအခါ အချင်း 3μm ခန့်ရှိသော ပုံမှန်လုံးပုံသဏ္ဍာန်အမှုန်အမွှားများစွာကို ဂရပ်ဖိုက်အောက်ခံမျက်နှာပြင်တွင် တွေ့ရှိရသည်။ အဘယ်ကြောင့်ဆိုသော် ဤအပူချိန်တွင် SiC သည် ဓာတ်ငွေ့အဆင့် နျူကလီးရှင်းအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲသွားသောကြောင့်ဖြစ်ပြီး MTS ပြိုကွဲမှုနှုန်းသည် အလွန်မြန်ဆန်သောကြောင့်ဖြစ်သည်။ မော်လီကျူးငယ်များသည် အောက်ခံမျက်နှာပြင်ပေါ်တွင် စုပ်ယူခြင်းမပြုမီ SiC အမှုန်အမွှားများဖွဲ့စည်းရန် ဓာတ်ပြုပြီး နျူကလီးရှင်းဖွဲ့စည်းထားသည်။ အမှုန်အမွှားများသည် လုံးပုံသဏ္ဍာန်အမှုန်အမွှားများဖွဲ့စည်းပြီးနောက် ၎င်းတို့သည် အောက်သို့ကျဆင်းသွားမည်ဖြစ်ပြီး နောက်ဆုံးတွင် သိပ်သည်းဆနည်းသော SiC အမှုန်အမွှားအပေါ်ယံလွှာကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ 1300°C ကို သိပ်သည်းသော SiC အပေါ်ယံလွှာ၏ ဖွဲ့စည်းအပူချိန်အဖြစ် အသုံးမပြုနိုင်ကြောင်း ထင်ရှားပါသည်။ သိပ်သည်းသော SiC အပေါ်ယံလွှာကို ပြင်ဆင်မည်ဆိုပါက အကောင်းဆုံး CVD စုပုံအပူချိန်မှာ 1100°C ဖြစ်ကြောင်း ပြည့်စုံသော နှိုင်းယှဉ်ချက်က ပြသသည်။

ပုံ ၃ တွင် CVD SiC အပေါ်ယံလွှာများ၏ ကွဲပြားသော အပူချိန်များတွင် အနည်ထိုင်မှုနှုန်းကို ပြသထားသည်။ အနည်ထိုင်အပူချိန် မြင့်တက်လာသည်နှင့်အမျှ SiC အပေါ်ယံလွှာ၏ အနည်ထိုင်မှုနှုန်းသည် တဖြည်းဖြည်း လျော့ကျသွားသည်။ ၉၀၀°C တွင် အနည်ထိုင်မှုနှုန်းမှာ 0.352 mg·h-1/mm2 ဖြစ်ပြီး အမျှင်များ၏ ဦးတည်ချက်ကြီးထွားမှုသည် အမြန်ဆုံး အနည်ထိုင်မှုနှုန်းကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ အမြင့်ဆုံးသိပ်သည်းဆရှိသော အပေါ်ယံလွှာ၏ အနည်ထိုင်မှုနှုန်းမှာ 0.179 mg·h-1/mm2 ဖြစ်သည်။ SiC အမှုန်အချို့ အနည်ထိုင်ခြင်းကြောင့် ၁၃၀၀°C တွင် အနည်ထိုင်မှုနှုန်းမှာ အနိမ့်ဆုံးဖြစ်ပြီး 0.027 mg·h-1/mm2 သာရှိသည်။   နိဂုံးချုပ်- အကောင်းဆုံး CVD အနည်ထိုင်အပူချိန်မှာ ၁၁၀၀ ဒီဂရီစင်တီဂရိတ်ဖြစ်သည်။ အပူချိန်နိမ့်ခြင်းသည် SiC ၏ ဦးတည်ချက်ကြီးထွားမှုကို မြှင့်တင်ပေးပြီး အပူချိန်မြင့်ခြင်းသည် SiC ကို အငွေ့အနည်ထိုင်စေပြီး အပေါ်ယံလွှာပါးစေသည်။ အနည်ထိုင်အပူချိန်တိုးလာသည်နှင့်အမျှ အနည်ထိုင်နှုန်းသည်CVD SiC အလွှာတဖြည်းဖြည်း လျော့ကျလာသည်။