Ce este acoperirea CVD cu SiC?
Depunerea chimică din vapori (CVD) este un proces de depunere în vid utilizat pentru a produce materiale solide de înaltă puritate. Acest proces este adesea utilizat în domeniul fabricării semiconductorilor pentru a forma pelicule subțiri pe suprafața napolitanelor. În procesul de preparare a carburii de siliciu prin CVD, substratul este expus la unul sau mai mulți precursori volatili, care reacționează chimic pe suprafața substratului pentru a depune depozitele dorite de carbură de siliciu. Printre numeroasele metode de preparare a materialelor din carbură de siliciu, produsele preparate prin depunere chimică din vapori au o uniformitate și o puritate mai mari, iar această metodă are o controlabilitate puternică a procesului. Materialele din carbură de siliciu CVD au o combinație unică de proprietăți termice, electrice și chimice excelente, ceea ce le face foarte potrivite pentru utilizarea în industria semiconductorilor, unde sunt necesare materiale de înaltă performanță. Componentele din carbură de siliciu CVD sunt utilizate pe scară largă în echipamente de gravare, echipamente MOCVD, echipamente epitaxiale Si și echipamente epitaxiale SiC, echipamente de procesare termică rapidă și alte domenii.
Acest articol se concentrează pe analiza calității peliculelor subțiri crescute la diferite temperaturi de proces în timpul preparării...Acoperire CVD cu SiC, astfel încât să se selecteze cea mai potrivită temperatură de proces. Experimentul utilizează grafit ca substrat și triclormetilsilan (MTS) ca gaz sursă de reacție. Acoperirea de SiC este depusă prin procedeu CVD la presiune joasă, iar micromorfologiaAcoperire CVD cu SiCse observă prin microscopie electronică cu scanare pentru a analiza densitatea sa structurală.
Deoarece temperatura suprafeței substratului de grafit este foarte ridicată, gazul intermediar va fi desorbit și evacuat de pe suprafața substratului, iar în final C și Si rămase pe suprafața substratului vor forma SiC în fază solidă pentru a forma un strat de SiC. Conform procesului de creștere CVD-SiC de mai sus, se poate observa că temperatura va afecta difuzia gazului, descompunerea MTS, formarea picăturilor și desorbția și evacuarea gazului intermediar, astfel încât temperatura de depunere va juca un rol cheie în morfologia stratului de SiC. Morfologia microscopică a stratului de SiC este cea mai intuitivă manifestare a densității acestuia. Prin urmare, este necesar să se studieze efectul diferitelor temperaturi de depunere asupra morfologiei microscopice a stratului de SiC CVD. Deoarece MTS poate descompune și depune stratul de SiC între 900~1600℃, acest experiment selectează cinci temperaturi de depunere de 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ și 1300℃ pentru prepararea stratului de SiC pentru a studia efectul temperaturii asupra stratului de SiC CVD. Parametrii specifici sunt prezentați în Tabelul 3. Figura 2 prezintă morfologia microscopică a acoperirii CVD-SiC crescute la diferite temperaturi de depunere.
Când temperatura de depunere este de 900℃, tot SiC crește în forme de fibre. Se poate observa că diametrul unei singure fibre este de aproximativ 3,5 μm, iar raportul său de aspect este de aproximativ 3 (<10). Mai mult, este compusă din nenumărate particule de nano-SiC, deci aparține unei structuri policristaline de SiC, care este diferită de nanofirele tradiționale de SiC și de barbișoadele monocristaline de SiC. Acest SiC fibros este un defect structural cauzat de parametri de proces nerezonabili. Se poate observa că structura acestui acoperire de SiC este relativ laxă, există un număr mare de pori între SiC-ul fibros, iar densitatea este foarte scăzută. Prin urmare, această temperatură nu este potrivită pentru prepararea acoperirilor dense de SiC. De obicei, defectele structurale fibroase de SiC sunt cauzate de o temperatură de depunere prea scăzută. La temperaturi scăzute, moleculele mici adsorbite pe suprafața substratului au energie scăzută și o capacitate de migrare slabă. Prin urmare, moleculele mici tind să migreze și să crească până la cea mai mică energie liberă de suprafață a granulelor de SiC (cum ar fi vârful granulei). Creșterea direcțională continuă formează în cele din urmă defecte structurale fibroase de SiC.
Prepararea acoperirii cu SiC prin CVD:
Mai întâi, substratul de grafit este plasat într-un cuptor cu vid la temperatură înaltă și menținut la 1500℃ timp de 1 oră într-o atmosferă de Ar pentru îndepărtarea cenușii. Apoi, blocul de grafit este tăiat într-un bloc de 15x15x5 mm, iar suprafața blocului de grafit este lustruită cu șmirghel cu grosimea de 1200 mesh pentru a elimina porii de suprafață care afectează depunerea de SiC. Blocul de grafit tratat este spălat cu etanol anhidru și apă distilată, apoi plasat într-un cuptor la 100℃ pentru uscare. În cele din urmă, substratul de grafit este plasat în zona principală de temperatură a cuptorului tubular pentru depunerea de SiC. Diagrama schematică a sistemului de depunere chimică în fază de vapori este prezentată în Figura 1.
Cel/Cea/Cei/CeleAcoperire CVD cu SiCa fost observată prin microscopie electronică cu scanare pentru a analiza dimensiunea și densitatea particulelor. În plus, rata de depunere a stratului de SiC a fost calculată conform formulei de mai jos: VSiC=(m² - m1)/(Sxt)x100% VSiC = Rata de depunere; m2–masa probei de acoperire (mg); m1–masa substratului (mg); Aria suprafeței S a substratului (mm2); t - timpul de depunere (h). CVD-SiC este relativ complicat, iar procesul poate fi rezumat după cum urmează: la temperatură ridicată, MTS va suferi descompunere termică pentru a forma molecule mici, sursă de carbon și sursă de siliciu. Moleculele mici, sursă de carbon, includ în principal CH3, C2H2 și C2H4, iar moleculele mici, sursă de siliciu, includ în principal SiCI2, SiCI3 etc.; aceste molecule mici, sursă de carbon și sursă de siliciu, vor fi apoi transportate la suprafața substratului de grafit de către gazul purtător și gazul diluant, iar apoi aceste molecule mici vor fi adsorbite pe suprafața substratului sub formă de adsorbție, iar apoi vor avea loc reacții chimice între moleculele mici pentru a forma picături mici care cresc treptat, iar picăturile vor fuziona, iar reacția va fi însoțită de formarea de produse secundare intermediare (gaz HCl); Când temperatura crește la 1000 ℃, densitatea stratului de SiC se îmbunătățește considerabil. Se poate observa că cea mai mare parte a stratului este compusă din granule de SiC (cu o dimensiune de aproximativ 4 μm), dar se găsesc și unele defecte fibroase de SiC, ceea ce arată că există încă o creștere direcțională a SiC la această temperatură, iar stratul de SiC nu este încă suficient de dens. Când temperatura crește la 1100 ℃, se poate observa că stratul de SiC este foarte dens, iar defectele fibroase de SiC au dispărut complet. Stratul de SiC este compus din particule de SiC în formă de picătură cu un diametru de aproximativ 5~10 μm, care sunt strâns combinate. Suprafața particulelor este foarte rugoasă. Este compusă din nenumărate granule de SiC la scară nanometrică. De fapt, procesul de creștere CVD-SiC la 1100 ℃ a devenit controlat prin transfer de masă. Moleculele mici adsorbite pe suprafața substratului au suficientă energie și timp pentru a se nuclea și a crește în granule de SiC. Granulele de SiC formează uniform picături mari. Sub acțiunea energiei de suprafață, majoritatea picăturilor apar sferice, iar picăturile sunt strâns combinate pentru a forma un strat dens de SiC. Când temperatura crește la 1200℃, acoperirea de SiC este, de asemenea, densă, dar morfologia SiC devine multi-striată, iar suprafața acoperirii apare mai rugoasă. Când temperatura crește la 1300℃, un număr mare de particule sferice regulate cu un diametru de aproximativ 3 μm se găsesc pe suprafața substratului de grafit. Acest lucru se datorează faptului că la această temperatură, SiC a fost transformat în nucleație în fază gazoasă, iar rata de descompunere MTS este foarte rapidă. Moleculele mici au reacționat și nucleat pentru a forma granule de SiC înainte de a fi adsorbite pe suprafața substratului. După ce granulele formează particule sferice, acestea vor scădea sub această temperatură, rezultând în cele din urmă o acoperire liberă cu particule de SiC cu densitate slabă. Evident, 1300℃ nu poate fi utilizată ca temperatură de formare a unei acoperiri dense de SiC. O comparație cuprinzătoare arată că, dacă se prepară o acoperire densă de SiC, temperatura optimă de depunere CVD este de 1100℃.
Figura 3 prezintă rata de depunere a acoperirilor de SiC CVD la diferite temperaturi de depunere. Pe măsură ce temperatura de depunere crește, rata de depunere a acoperirii de SiC scade treptat. Rata de depunere la 900°C este de 0,352 mg·h-1/mm2, iar creșterea direcțională a fibrelor duce la cea mai rapidă rată de depunere. Rata de depunere a acoperirii cu cea mai mare densitate este de 0,179 mg·h-1/mm2. Datorită depunerii unor particule de SiC, rata de depunere la 1300°C este cea mai mică, de doar 0,027 mg·h-1/mm2. Concluzie: Cea mai bună temperatură de depunere CVD este de 1100℃. Temperatura scăzută promovează creșterea direcțională a SiC, în timp ce temperatura ridicată determină depunerea de vapori de SiC și are ca rezultat o acoperire rară. Odată cu creșterea temperaturii de depunere, rata de depunere a...Acoperire CVD cu SiCscade treptat.
Data publicării: 26 mai 2025