د CVD SiC کوټینګ په وده باندې د مختلفو تودوخې اغیزې

د CVD SiC کوټینګ څه شی دی؟

د کیمیاوي بخاراتو زیرمه کول (CVD) د ویکیوم زیرمه کولو پروسه ده چې د لوړ پاکوالي جامد موادو تولید لپاره کارول کیږي. دا پروسه ډیری وختونه د سیمیکمډکټر تولید په ساحه کې د ویفرونو په سطحه د پتلو فلمونو جوړولو لپاره کارول کیږي. د CVD لخوا د سیلیکون کاربایډ چمتو کولو په پروسه کې، سبسټریټ د یو یا ډیرو بې ثباته مخکینیو سره مخ کیږي، کوم چې د سبسټریټ په سطحه کیمیاوي تعامل کوي ترڅو د مطلوب سیلیکون کاربایډ زیرمې زیرمه کړي. د سیلیکون کاربایډ موادو چمتو کولو لپاره د ډیری میتودونو په مینځ کې، د کیمیاوي بخار زیرمې لخوا چمتو شوي محصولات لوړ یووالي او پاکوالی لري، او دا طریقه د پروسې قوي کنټرول لري. د CVD سیلیکون کاربایډ مواد د غوره تودوخې، بریښنایی او کیمیاوي ملکیتونو یو ځانګړی ترکیب لري، چې دوی د سیمیکمډکټر صنعت کې د کارولو لپاره خورا مناسب کوي چیرې چې لوړ فعالیت لرونکي موادو ته اړتیا وي. د CVD سیلیکون کاربایډ اجزا په پراخه کچه د ایچنګ تجهیزاتو، MOCVD تجهیزاتو، Si ایپیټیکسیل تجهیزاتو او SiC ایپیټیکسیل تجهیزاتو، د چټک تودوخې پروسس تجهیزاتو او نورو برخو کې کارول کیږي.

دا مقاله د هغو پتلو فلمونو کیفیت تحلیل باندې تمرکز کوي چې د چمتووالي پرمهال په مختلفو پروسس تودوخې کې کرل شويد CVD SiC کوټینګ، ترڅو د پروسې ترټولو مناسب تودوخه غوره شي. تجربه د سبسټریټ په توګه ګریفایټ او د عکس العمل سرچینې ګاز په توګه ټرایکلورومیتیل سیلان (MTS) کاروي. د SiC کوټینګ د ټیټ فشار CVD پروسې لخوا زیرمه کیږي، او د مایکرومورفولوژيد CVD SiC کوټینګد ساختماني کثافت تحلیل لپاره د الکترون مایکروسکوپي سکین کولو له لارې لیدل کیږي.

ځکه چې د ګرافایټ سبسټریټ د سطحې تودوخه ډیره لوړه ده، منځنی ګاز به د سبسټریټ سطحې څخه جذب او خارج شي، او په پای کې د سبسټریټ سطحې کې پاتې شوي C او Si به د SiC پوښ جوړولو لپاره جامد مرحله SiC جوړ کړي. د پورته CVD-SiC ودې پروسې سره سم، دا لیدل کیدی شي چې تودوخه به د ګاز خپریدو، د MTS تخریب، د څاڅکو جوړښت او د منځني ګاز د جذب او خارج کیدو اغیزه وکړي، نو د زیرمو تودوخه به د SiC پوښ په مورفولوژي کې کلیدي رول ولوبوي. د کوټینګ مایکروسکوپیک مورفولوژي د کوټینګ د کثافت ترټولو هوښیار څرګندونه ده. له همدې امله، دا اړینه ده چې د CVD SiC پوښ په مایکروسکوپیک مورفولوژي باندې د مختلف زیرمو تودوخې اغیزې مطالعه کړئ. څرنګه چې MTS کولی شي د 900 ~ 1600 ℃ ترمنځ د SiC کوټینګ تجزیه او زیرمه کړي، نو دا تجربه د SiC کوټینګ چمتو کولو لپاره د 900 ℃، 1000 ℃، 1100 ℃، 1200 ℃ او 1300 ℃ پنځه زیرمه تودوخې غوره کوي ترڅو د CVD-SiC کوټینګ باندې د تودوخې اغیز مطالعه کړي. ځانګړي پیرامیټرې په جدول 3 کې ښودل شوي. شکل 2 د CVD-SiC کوټینګ مایکروسکوپي مورفولوژي ښیې چې په مختلفو زیرمه تودوخې کې کرل کیږي.

کله چې د زیرمه کولو تودوخه 900 ℃ وي، ټول SiC د فایبر شکلونو ته وده کوي. دا لیدل کیدی شي چې د یو واحد فایبر قطر شاوخوا 3.5μm دی، او د هغې د اړخ تناسب شاوخوا 3 (<10) دی. سربیره پردې، دا د بې شمیره نانو-SiC ذراتو څخه جوړ شوی دی، نو دا د پولی کریسټالین SiC جوړښت پورې اړه لري، کوم چې د دودیز SiC نانووایرونو او واحد کرسټال SiC څاڅکو څخه توپیر لري. دا فایبر SiC یو ساختماني نیمګړتیا ده چې د غیر معقول پروسې پیرامیټرو له امله رامینځته کیږي. دا لیدل کیدی شي چې د دې SiC کوټینګ جوړښت نسبتا نرم دی، او د فایبر SiC ترمنځ لوی شمیر سوري شتون لري، او کثافت خورا ټیټ دی. له همدې امله، دا تودوخه د ګڼ SiC کوټینګونو چمتو کولو لپاره مناسبه نه ده. معمولا، فایبر SiC ساختماني نیمګړتیاوې د ډیر ټیټ زیرمه کولو تودوخې له امله رامینځته کیږي. په ټیټه تودوخه کې، د سبسټریټ په سطحه جذب شوي کوچني مالیکولونه ټیټ انرژي او د مهاجرت ضعیف وړتیا لري. له همدې امله، کوچني مالیکولونه د SiC دانې (لکه د غلې دانې سر) ترټولو ټیټ سطحې آزادې انرژۍ ته مهاجرت کوي او وده کوي. دوامداره سمتي وده بالاخره فایبروس SiC ساختماني نیمګړتیاوې رامینځته کوي.

د CVD SiC کوټینګ چمتو کول:

لومړی، د ګرافایټ سبسټریټ په لوړ تودوخې ویکیوم فرنس کې ځای پر ځای کیږي او د ایر فضا کې د 1 ساعت لپاره په 1500 ℃ کې ساتل کیږي ترڅو د ایش لرې کړي. بیا د ګرافایټ بلاک د 15x15x5mm په بلاک کې پرې کیږي، او د ګرافایټ بلاک سطح د 1200 میش شګه کاغذ سره پالش کیږي ترڅو د سطحې سوري له منځه یوسي چې د SiC زیرمه اغیزه کوي. درملنه شوی ګرافایټ بلاک د غیر هایدروس ایتانول او ډیسټیل اوبو سره مینځل کیږي، او بیا د وچولو لپاره په 100 ℃ کې په تنور کې ځای پر ځای کیږي. په پای کې، د ګرافایټ سبسټریټ د SiC زیرمه کولو لپاره د ټیوبلر فرنس په اصلي تودوخې زون کې ځای پر ځای کیږي. د کیمیاوي بخار زیرمه کولو سیسټم سکیماتیک ډیاګرام په 1 شکل کې ښودل شوی.

دد CVD SiC کوټینګد ذراتو اندازه او کثافت تحلیل کولو لپاره د الکترون مایکروسکوپي سکین کولو سره مشاهده شوه. سربیره پردې، د SiC کوټینګ د جمع کولو کچه د لاندې فورمول سره سم محاسبه شوه: VSiC=(m2-m1)/(sxt)x100% VSiC=د زیرمو کچه؛ m2–د پوښ نمونې ډله (mg)؛ m1–د سبسټریټ ډله (mg)؛ د سبسټریټ S- سطحې ساحه (mm2)؛ t- د جمع کولو وخت (h).   CVD-SiC نسبتا پیچلی دی، او دا پروسه په لاندې ډول لنډیز کیدی شي: په لوړه تودوخه کې، MTS به د کاربن سرچینې او سیلیکون سرچینې کوچني مالیکولونو جوړولو لپاره د تودوخې تخریب څخه تیریږي. د کاربن سرچینې کوچني مالیکولونه په عمده توګه CH3، C2H2 او C2H4 شامل دي، او د سیلیکون سرچینې کوچني مالیکولونه په عمده توګه SiCI2، SiCI3، او نور شامل دي؛ دا کاربن سرچینه او سیلیکون سرچینې کوچني مالیکولونه به بیا د کیریر ګاز او ډیلوینټ ګاز لخوا د ګرافایټ سبسټریټ سطحې ته لیږدول کیږي، او بیا به دا کوچني مالیکولونه د سبسټریټ په سطحه د جذب په بڼه جذب شي، او بیا به د کوچنیو مالیکولونو ترمنځ کیمیاوي تعاملات رامینځته شي ترڅو کوچني څاڅکي جوړ کړي چې په تدریجي ډول وده کوي، او څاڅکي به هم فیوز شي، او عکس العمل به د منځني فرعي محصولاتو (HCl ګاز) د جوړولو سره مل وي؛ کله چې تودوخه ۱۰۰۰ درجو ته لوړه شي، د SiC پوښ کثافت خورا ښه کیږي. دا لیدل کیدی شي چې د پوښ ډیری برخه د SiC دانې څخه جوړه شوې ده (شاوخوا ۴μm اندازه)، مګر ځینې فایبرس SiC نیمګړتیاوې هم موندل کیږي، چې دا ښیي چې پدې تودوخه کې د SiC سمتي وده لاهم شتون لري، او پوښ لاهم کافي کثافت نلري. کله چې تودوخه ۱۱۰۰ درجو ته لوړه شي، دا لیدل کیدی شي چې د SiC پوښ ډیر کثافت لري، او د فایبرس SiC نیمګړتیاوې په بشپړه توګه ورک شوي دي. پوښ د څاڅکو په شکل د SiC ذراتو څخه جوړ شوی چې شاوخوا ۵~۱۰μm قطر لري، کوم چې په کلکه سره یوځای شوي دي. د ذراتو سطحه ډیره سخته ده. دا د بې شمیره نانو پیمانه SiC دانې څخه جوړه شوې ده. په حقیقت کې، د CVD-SiC د ودې پروسه په ۱۱۰۰ درجو کې د ډله ایز لیږد کنټرول شوې ده. هغه کوچني مالیکولونه چې د سبسټریټ په سطحه جذب شوي دي کافي انرژي او وخت لري چې نیوکلیټ شي او په SiC دانې کې وده وکړي. د SiC دانې په مساوي ډول لوی څاڅکي جوړوي. د سطحې انرژۍ د عمل لاندې، ډیری څاڅکي کروي ښکاري، او څاڅکي په کلکه سره یوځای کیږي ترڅو د SiC یو غلیظ پوښښ جوړ کړي. کله چې تودوخه ۱۲۰۰ درجو ته لوړه شي، د SiC پوښ هم غلیظ وي، مګر د SiC مورفولوژي څو-څنډې کیږي او د پوښ سطحه سخته ښکاري. کله چې تودوخه ۱۳۰۰ درجو ته لوړه شي، د ګرافایټ سبسټریټ په سطحه کې د شاوخوا ۳μm قطر سره د منظم کروی ذراتو لوی شمیر موندل کیږي. دا ځکه چې پدې تودوخه کې، SiC د ګاز مرحلې نیوکلیشن ته بدل شوی، او د MTS د تخریب کچه خورا ګړندۍ ده. کوچني مالیکولونه د سبسټریټ په سطحه کې د جذب کیدو دمخه د SiC دانو جوړولو لپاره عکس العمل او نیوکلیټ شوي دي. وروسته له دې چې دانې کروی ذرات جوړ کړي، دوی به لاندې راښکته شي، چې په پایله کې یې د ضعیف کثافت سره د SiC ذراتو پوښ خلاصیږي. په څرګنده توګه، ۱۳۰۰ درجو د غلیظ SiC پوښ د جوړولو تودوخې په توګه نشي کارول کیدی. جامع پرتله کول ښیې چې که چیرې د غلیظ SiC پوښ چمتو شي، نو د CVD د جمع کولو غوره تودوخه ۱۱۰۰ درجو ده.

شکل ۳ د CVD SiC کوټینګونو د جمع کولو کچه په مختلفو تودوخه کې ښیي. لکه څنګه چې د جمع کولو تودوخه لوړیږي، د SiC کوټینګ د جمع کولو کچه په تدریجي ډول کمیږي. په 900°C کې د جمع کولو کچه 0.352 mg·h-1/mm2 ده، او د فایبرونو سمتي وده د جمع کولو ترټولو ګړندۍ کچه رامینځته کوي. د لوړ کثافت سره د پوښ جمع کولو کچه 0.179 mg·h-1/mm2 ده. د ځینو SiC ذراتو د جمع کولو له امله، په 1300°C کې د جمع کولو کچه ترټولو ټیټه ده، یوازې 0.027 mg·h-1/mm2.   پایله: د CVD د جمع کولو غوره تودوخه 1100 ℃ ده. ټیټ تودوخه د SiC سمتي ودې ته وده ورکوي، پداسې حال کې چې لوړه تودوخه د SiC د بخار جمع کولو لامل کیږي او پایله یې کم پوښ وي. د جمع کولو تودوخې زیاتوالي سره، د جمع کولو کچهد CVD SiC کوټینګپه تدریجي ډول کمېږي.