සිලිකන් කාබයිඩ් තනි ස්ඵටික වර්ධන ක්රියාවලියේදී, භෞතික වාෂ්ප ප්රවාහනය වර්තමාන ප්රධාන ධාරාවේ කාර්මිකකරණ ක්රමයයි. PVT වර්ධන ක්රමය සඳහා,සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩුවර්ධන ක්රියාවලියට විශාල බලපෑමක් ඇති කරයි. සියලුම පරාමිතීන්සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩුතනි ස්ඵටික වර්ධනයේ ගුණාත්මක භාවයට සහ විද්යුත් ගුණාංගවලට සෘජුවම බලපායි. වත්මන් කාර්මික යෙදීම්වල, බහුලව භාවිතා වනසිලිකන් කාබයිඩ් කුඩුසංස්ලේෂණ ක්රියාවලිය යනු ස්වයං-ප්රචාරණය වන අධි-උෂ්ණත්ව සංස්ලේෂණ ක්රමයයි.
ස්වයං-ප්රචාරක අධි-උෂ්ණත්ව සංස්ලේෂණ ක්රමය මඟින් ප්රතික්රියාකාරකවලට රසායනික ප්රතික්රියා ආරම්භ කිරීම සඳහා ආරම්භක තාපය ලබා දීම සඳහා ඉහළ උෂ්ණත්වයක් භාවිතා කරන අතර, පසුව ප්රතික්රියා නොකළ ද්රව්යවලට රසායනික ප්රතික්රියාව සම්පූර්ණ කිරීමට ඉඩ දීම සඳහා තමන්ගේම රසායනික ප්රතික්රියා තාපය භාවිතා කරයි. කෙසේ වෙතත්, Si සහ C හි රසායනික ප්රතික්රියාව අඩු තාපයක් නිකුත් කරන බැවින්, ප්රතික්රියාව පවත්වා ගැනීම සඳහා අනෙකුත් ප්රතික්රියාකාරක එකතු කළ යුතුය. එබැවින්, බොහෝ විද්වතුන් මෙම පදනම මත වැඩිදියුණු කළ ස්වයං-ප්රචාරක සංස්ලේෂණ ක්රමයක් යෝජනා කර ඇති අතර, සක්රියකාරකයක් හඳුන්වා දෙයි. ස්වයං-ප්රචාරක ක්රමය ක්රියාත්මක කිරීමට සාපේක්ෂව පහසු වන අතර, විවිධ සංස්ලේෂණ පරාමිතීන් ස්ථාවරව පාලනය කිරීමට පහසුය. විශාල පරිමාණ සංස්ලේෂණය කාර්මිකකරණයේ අවශ්යතා සපුරාලයි.
1999 තරම් ඈත කාලයේ දී, බ්රිජ්පෝර්ට් විසින් සංස්ලේෂණය කිරීම සඳහා ස්වයං-ප්රචාරක අධි-උෂ්ණත්ව සංස්ලේෂණ ක්රමය භාවිතා කරන ලදී.SiC කුඩු, නමුත් එය අමුද්රව්ය ලෙස එතොක්සිසිලේන් සහ ෆීනෝල් දුම්මල භාවිතා කළ අතර එය මිල අධික විය. ගාඕ පෑන් සහ අනෙකුත් අය සංස්ලේෂණය සඳහා අමුද්රව්ය ලෙස අධි-පිරිසිදු Si කුඩු සහ C කුඩු භාවිතා කළහ.SiC කුඩුආගන් වායුගෝලයක ඉහළ උෂ්ණත්ව ප්රතික්රියාවක් මගින්. නිං ලීනා විශාල අංශුවක් සකස් කළේයSiC කුඩුද්විතියික සංස්ලේෂණය මගින්.
චීන ඉලෙක්ට්රොනික තාක්ෂණ සමූහ සංස්ථාවේ දෙවන පර්යේෂණ ආයතනය විසින් සංවර්ධනය කරන ලද මධ්යම-සංඛ්යාත ප්රේරක තාපන උදුන, නිශ්චිත ස්ටොයිකියෝමිතික අනුපාතයකින් සිලිකන් කුඩු සහ කාබන් කුඩු ඒකාකාරව මිශ්ර කර ග්රැෆයිට් කබොලක තබයි.මිනිරන් කබොලඋණුසුම සඳහා මධ්යම-සංඛ්යාත ප්රේරක තාපන උදුනක තබා ඇති අතර, උෂ්ණත්ව වෙනස පිළිවෙලින් අඩු-උෂ්ණත්ව අවධිය සහ ඉහළ-උෂ්ණත්ව අවධිය සිලිකන් කාබයිඩ් සංස්ලේෂණය කර පරිවර්තනය කිරීමට යොදා ගනී. අඩු-උෂ්ණත්ව අවධියේදී β-SiC සංස්ලේෂණ ප්රතික්රියාවේ උෂ්ණත්වය Si හි වාෂ්පීකරණ උෂ්ණත්වයට වඩා අඩු බැවින්, ඉහළ රික්තයක් යටතේ β-SiC සංස්ලේෂණය ස්වයං-ප්රචාරණය සහතික කළ හැකිය. α-SiC සංස්ලේෂණයේදී ආගන්, හයිඩ්රජන් සහ HCl වායුව හඳුන්වා දීමේ ක්රමය වියෝජනය වළක්වයි.SiC කුඩුඉහළ උෂ්ණත්ව අවධියේදී, සහ α-SiC කුඩු වල නයිට්රජන් අන්තර්ගතය ඵලදායී ලෙස අඩු කළ හැකිය.
ෂැන්ඩොං ටියැන්යු විසින් සිලේන් වායුව සිලිකන් අමුද්රව්ය ලෙස සහ කාබන් කුඩු කාබන් අමුද්රව්ය ලෙස භාවිතා කරමින් සංස්ලේෂණ උදුනක් නිර්මාණය කරන ලදී. හඳුන්වා දුන් අමුද්රව්ය වායුවේ ප්රමාණය පියවර දෙකක සංස්ලේෂණ ක්රමයක් මගින් සකස් කරන ලද අතර අවසාන සංස්ලේෂණය කරන ලද සිලිකන් කාබයිඩ් අංශු ප්රමාණය 50 සහ 5 000 um අතර විය.
1 කුඩු සංස්ලේෂණ ක්රියාවලියේ පාලන සාධක
1.1 කුඩු අංශු ප්රමාණය ස්ඵටික වර්ධනයට බලපාන ආකාරය
සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු වල අංශු ප්රමාණය පසුකාලීන තනි ස්ඵටික වර්ධනයට ඉතා වැදගත් බලපෑමක් ඇති කරයි. PVT ක්රමය මගින් SiC තනි ස්ඵටික වර්ධනය ප්රධාන වශයෙන් සාක්ෂාත් කරගනු ලබන්නේ වායු අවධි සංරචකයේ සිලිකන් සහ කාබන් වල මවුලික අනුපාතය වෙනස් කිරීමෙනි, සහ වායු අවධි සංරචකයේ සිලිකන් සහ කාබන් වල මවුලික අනුපාතය සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු වල අංශු ප්රමාණයට සම්බන්ධ වේ. අංශු ප්රමාණය අඩු වීමත් සමඟ වර්ධන පද්ධතියේ මුළු පීඩනය සහ සිලිකන්-කාබන් අනුපාතය වැඩි වේ. අංශු ප්රමාණය 2-3 mm සිට 0.06 mm දක්වා අඩු වූ විට, සිලිකන්-කාබන් අනුපාතය 1.3 සිට 4.0 දක්වා වැඩි වේ. අංශු යම් ප්රමාණයකට කුඩා වන විට, Si අර්ධ පීඩනය වැඩි වන අතර, වැඩෙන ස්ඵටිකයේ මතුපිට Si පටල තට්ටුවක් සෑදී ඇති අතර, එය ස්ඵටිකයේ බහුරූපතාව, ලක්ෂ්ය දෝෂ සහ රේඛා දෝෂ වලට බලපායි. එබැවින්, ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු වල අංශු ප්රමාණය හොඳින් පාලනය කළ යුතුය.
මීට අමතරව, SiC කුඩු අංශුවල ප්රමාණය සාපේක්ෂව කුඩා වූ විට, කුඩු වේගයෙන් දිරාපත් වන අතර, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස SiC තනි ස්ඵටිකවල අධික වර්ධනයක් ඇති වේ. එක් අතකින්, SiC තනි ස්ඵටික වර්ධනයේ ඉහළ උෂ්ණත්ව පරිසරය තුළ, සංස්ලේෂණය සහ වියෝජනය යන ක්රියාවලීන් දෙක එකවර සිදු කෙරේ. සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු දිරාපත් වී Si, Si2C, SiC2 වැනි වායු අවධියේදී සහ ඝන අවධියේදී කාබන් සාදනු ඇත, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස බහු ස්ඵටික කුඩු බරපතල කාබනීකරණයට සහ ස්ඵටිකයේ කාබන් ඇතුළත් කිරීම් ඇති වේ; අනෙක් අතට, කුඩු වල වියෝජන අනුපාතය සාපේක්ෂව වේගවත් වන විට, වැඩුණු SiC තනි ස්ඵටිකයේ ස්ඵටික ව්යුහය වෙනස් වීමට නැඹුරු වන අතර, වැඩුණු SiC තනි ස්ඵටිකයේ ගුණාත්මකභාවය පාලනය කිරීම දුෂ්කර කරයි.
1.2 කුඩු ස්ඵටික ආකාරයෙන් ස්ඵටික වර්ධනයට ඇති බලපෑම
PVT ක්රමය මගින් SiC තනි ස්ඵටික වර්ධනය ඉහළ උෂ්ණත්වයකදී උපසිරැසි-ප්රතිස්ඵටිකීකරණ ක්රියාවලියකි. SiC අමුද්රව්යවල ස්ඵටික ස්වරූපය ස්ඵටික වර්ධනයට වැදගත් බලපෑමක් ඇති කරයි. කුඩු සංස්ලේෂණ ක්රියාවලියේදී, ඒකක සෛලයේ ඝන ව්යුහයක් සහිත අඩු-උෂ්ණත්ව සංස්ලේෂණ අවධිය (β-SiC) සහ ඒකක සෛලයේ ෂඩාස්රාකාර ව්යුහයක් සහිත ඉහළ-උෂ්ණත්ව සංස්ලේෂණ අවධිය (α-SiC) ප්රධාන වශයෙන් නිපදවනු ලැබේ. බොහෝ සිලිකන් කාබයිඩ් ස්ඵටික ආකෘති සහ පටු උෂ්ණත්ව පාලන පරාසයක් ඇත. උදාහරණයක් ලෙස, 3C-SiC 1900°C ට වැඩි උෂ්ණත්වවලදී ෂඩාස්රාකාර සිලිකන් කාබයිඩ් බහුරූපී, එනම් 4H/6H-SiC බවට පරිවර්තනය වේ.
තනි ස්ඵටික වර්ධන ක්රියාවලියේදී, ස්ඵටික වර්ධනය කිරීමට β-SiC කුඩු භාවිතා කරන විට, සිලිකන්-කාබන් මවුල අනුපාතය 5.5 ට වඩා වැඩි වන අතර, α-SiC කුඩු ස්ඵටික වර්ධනය කිරීමට භාවිතා කරන විට, සිලිකන්-කාබන් මවුල අනුපාතය 1.2 වේ. උෂ්ණත්වය ඉහළ යන විට, කබොලෙහි අවධි සංක්රාන්තියක් සිදු වේ. මෙම අවස්ථාවේදී, වායු අවධියේ අණුක අනුපාතය විශාල වන අතර එය ස්ඵටික වර්ධනයට හිතකර නොවේ. ඊට අමතරව, කාබන්, සිලිකන් සහ සිලිකන් ඩයොක්සයිඩ් ඇතුළු අනෙකුත් වායු අවධි අපද්රව්ය, අවධි සංක්රාන්ති ක්රියාවලියේදී පහසුවෙන් ජනනය වේ. මෙම අපද්රව්ය පැවතීම ස්ඵටිකයට ක්ෂුද්ර නල සහ හිස් අවකාශයන් බෝ කිරීමට හේතු වේ. එබැවින්, කුඩු ස්ඵටික ස්වරූපය නිශ්චිතවම පාලනය කළ යුතුය.
1.3 ස්ඵටික වර්ධනයට කුඩු අපද්රව්යවල බලපෑම
SiC කුඩු වල ඇති අපිරිසිදු අන්තර්ගතය ස්ඵටික වර්ධනයේදී ස්වයංසිද්ධ න්යෂ්ටිකකරණයට බලපායි. අපිරිසිදු අන්තර්ගතය වැඩි වන තරමට ස්ඵටිකයට ස්වයංසිද්ධ න්යෂ්ටිකකරණය වීමට ඇති ඉඩකඩ අඩුය. SiC සඳහා, ප්රධාන ලෝහ අපද්රව්ය අතර B, Al, V සහ Ni ඇතුළත් වන අතර ඒවා සිලිකන් කුඩු සහ කාබන් කුඩු සැකසීමේදී සැකසුම් මෙවලම් මගින් හඳුන්වා දිය හැකිය. ඒවා අතර, B සහ Al යනු SiC හි ප්රධාන නොගැඹුරු ශක්ති මට්ටමේ ප්රතිග්රාහක අපද්රව්ය වන අතර එමඟින් SiC ප්රතිරෝධය අඩු වේ. අනෙකුත් ලෝහ අපද්රව්ය බොහෝ ශක්ති මට්ටම් හඳුන්වා දෙනු ඇත, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී SiC තනි ස්ඵටිකවල අස්ථායී විද්යුත් ගුණාංග ඇති වන අතර, ඉහළ සංශුද්ධතාවයෙන් යුත් අර්ධ පරිවාරක තනි ස්ඵටික උපස්ථරවල විද්යුත් ගුණාංග කෙරෙහි, විශේෂයෙන් ප්රතිරෝධකතාවයට වැඩි බලපෑමක් ඇති කරයි. එබැවින්, ඉහළ සංශුද්ධතාවයෙන් යුත් සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු හැකිතාක් සංස්ලේෂණය කළ යුතුය.
1.4 කුඩු වල නයිට්රජන් අන්තර්ගතය ස්ඵටික වර්ධනයට බලපාන ආකාරය
නයිට්රජන් අන්තර්ගතයේ මට්ටම තනි ස්ඵටික උපස්ථරයේ ප්රතිරෝධකතාව තීරණය කරයි. ප්රධාන නිෂ්පාදකයින් කුඩු සංස්ලේෂණය අතරතුර පරිණත ස්ඵටික වර්ධන ක්රියාවලියට අනුව කෘතිම ද්රව්යයේ නයිට්රජන් මාත්රණ සාන්ද්රණය සකස් කළ යුතුය. ඉහළ සංශුද්ධතාවයෙන් යුත් අර්ධ පරිවාරක සිලිකන් කාබයිඩ් තනි ස්ඵටික උපස්ථර යනු මිලිටරි හර ඉලෙක්ට්රොනික සංරචක සඳහා වඩාත්ම පොරොන්දු වූ ද්රව්ය වේ. ඉහළ ප්රතිරෝධකතාව සහ විශිෂ්ට විද්යුත් ගුණාංග සහිත ඉහළ සංශුද්ධතාවයෙන් යුත් අර්ධ පරිවාරක තනි ස්ඵටික උපස්ථර වර්ධනය කිරීම සඳහා, උපස්ථරයේ ප්රධාන අපිරිසිදු නයිට්රජන් අන්තර්ගතය අඩු මට්ටමකින් පාලනය කළ යුතුය. සන්නායක තනි ස්ඵටික උපස්ථර සඳහා සාපේක්ෂව ඉහළ සාන්ද්රණයකින් නයිට්රජන් අන්තර්ගතය පාලනය කිරීම අවශ්ය වේ.
2 කුඩු සංස්ලේෂණය සඳහා ප්රධාන පාලන තාක්ෂණය
සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරවල විවිධ භාවිත පරිසරයන් නිසා, වර්ධන කුඩු සඳහා සංස්ලේෂණ තාක්ෂණයට ද විවිධ ක්රියාවලීන් ඇත. N-වර්ගයේ සන්නායක තනි ස්ඵටික වර්ධන කුඩු සඳහා, ඉහළ අපිරිසිදු සංශුද්ධතාවය සහ තනි අදියර අවශ්ය වේ; අර්ධ පරිවාරක තනි ස්ඵටික වර්ධන කුඩු සඳහා, නයිට්රජන් අන්තර්ගතය දැඩි ලෙස පාලනය කිරීම අවශ්ය වේ.
2.1 කුඩු අංශු ප්රමාණය පාලනය කිරීම
2.1.1 සංස්ලේෂණ උෂ්ණත්වය
අනෙකුත් ක්රියාවලි තත්ත්වයන් නොවෙනස්ව තබා ගනිමින්, 1900 ℃, 2000 ℃, 2100 ℃ සහ 2200 ℃ සංස්ලේෂණ උෂ්ණත්වවලදී ජනනය කරන ලද SiC කුඩු සාම්පල ලබාගෙන විශ්ලේෂණය කරන ලදී. රූපය 1 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, 1900 ℃ හි අංශු ප්රමාණය 250~600 μm වන අතර, 2000 ℃ හි අංශු ප්රමාණය 600~850 μm දක්වා වැඩි වන අතර අංශු ප්රමාණය සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් වේ. උෂ්ණත්වය 2100 ℃ දක්වා ඉහළ යන විට, SiC කුඩු වල අංශු ප්රමාණය 850~2360 μm වන අතර, වැඩිවීම මෘදු වේ. 2200 ℃ හි SiC හි අංශු ප්රමාණය 2360 μm පමණ වන විට ස්ථායී වේ. 1900 ℃ සිට සංස්ලේෂණ උෂ්ණත්වය වැඩිවීම SiC අංශු ප්රමාණයට ධනාත්මක බලපෑමක් ඇති කරයි. සංස්ලේෂණ උෂ්ණත්වය 2100 ℃ සිට අඛණ්ඩව වැඩි වන විට, අංශු ප්රමාණය තවදුරටත් සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් නොවේ. එබැවින්, සංස්ලේෂණ උෂ්ණත්වය 2100 ℃ දක්වා සකසා ඇති විට, අඩු ශක්ති පරිභෝජනයකින් විශාල අංශු ප්රමාණයක් සංස්ලේෂණය කළ හැකිය.
2.1.2 සංස්ලේෂණ කාලය
අනෙකුත් ක්රියාවලි තත්වයන් නොවෙනස්ව පවතින අතර, සංස්ලේෂණ කාලය පිළිවෙලින් පැය 4, පැය 8 සහ පැය 12 ලෙස සකසා ඇත. ජනනය කරන ලද SiC කුඩු සාම්පල විශ්ලේෂණය රූපය 2 හි දක්වා ඇත. සංස්ලේෂණ කාලය SiC හි අංශු ප්රමාණයට සැලකිය යුතු බලපෑමක් ඇති කරන බව සොයාගෙන ඇත. සංස්ලේෂණ කාලය පැය 4 ක් වන විට, අංශු ප්රමාණය ප්රධාන වශයෙන් 200 μm හි බෙදා හරිනු ලැබේ; සංස්ලේෂණ කාලය පැය 8 ක් වන විට, කෘතිම අංශු ප්රමාණය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වේ, ප්රධාන වශයෙන් 1 000 μm හි බෙදා හරිනු ලැබේ; සංස්ලේෂණ කාලය අඛණ්ඩව වැඩි වන විට, අංශු ප්රමාණය තවදුරටත් වැඩි වේ, ප්රධාන වශයෙන් 2 000 μm හි බෙදා හරිනු ලැබේ.
2.1.3 අමුද්රව්ය අංශු ප්රමාණයේ බලපෑම
ගෘහස්ථ සිලිකන් ද්රව්ය නිෂ්පාදන දාමය ක්රමයෙන් වැඩිදියුණු වන විට, සිලිකන් ද්රව්යවල සංශුද්ධතාවය ද තවදුරටත් වැඩිදියුණු වේ. වර්තමානයේ, සංස්ලේෂණයේදී භාවිතා කරන සිලිකන් ද්රව්ය ප්රධාන වශයෙන් කැටිති සිලිකන් සහ කුඩු සිලිකන් ලෙස බෙදා ඇති අතර, රූපය 3 හි පෙන්වා ඇත.
සිලිකන් කාබයිඩ් සංස්ලේෂණ අත්හදා බැලීම් සිදු කිරීම සඳහා විවිධ සිලිකන් අමුද්රව්ය භාවිතා කරන ලදී. කෘතිම නිෂ්පාදන සංසන්දනය කිරීම රූපය 4 හි දක්වා ඇත. විශ්ලේෂණයෙන් පෙන්නුම් කරන්නේ බ්ලොක් සිලිකන් අමුද්රව්ය භාවිතා කරන විට, නිෂ්පාදනයේ Si මූලද්රව්ය විශාල ප්රමාණයක් පවතින බවයි. සිලිකන් බ්ලොක් එක දෙවන වරටත් තලා දැමීමෙන් පසු, කෘතිම නිෂ්පාදනයේ Si මූලද්රව්යය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු වේ, නමුත් එය තවමත් පවතී. අවසාන වශයෙන්, සංස්ලේෂණය සඳහා සිලිකන් කුඩු භාවිතා කරන අතර, නිෂ්පාදනයේ SiC පමණක් පවතී. මෙයට හේතුව නිෂ්පාදන ක්රියාවලියේදී, විශාල ප්රමාණයේ කැටිති සිලිකන් පළමුව මතුපිට සංස්ලේෂණ ප්රතික්රියාවකට භාජනය විය යුතු අතර, මතුපිට සිලිකන් කාබයිඩ් සංස්ලේෂණය කර ඇති අතර එමඟින් අභ්යන්තර Si කුඩු C කුඩු සමඟ තවදුරටත් ඒකාබද්ධ වීම වළක්වයි. එබැවින්, බ්ලොක් සිලිකන් අමුද්රව්ය ලෙස භාවිතා කරන්නේ නම්, එය තලා දමා ස්ඵටික වර්ධනය සඳහා සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු ලබා ගැනීම සඳහා ද්විතියික සංස්ලේෂණ ක්රියාවලියට භාජනය කළ යුතුය.
2.2 කුඩු ස්ඵටික ආකාර පාලනය
2.2.1 සංස්ලේෂණ උෂ්ණත්වයේ බලපෑම
අනෙකුත් ක්රියාවලි තත්ත්වයන් නොවෙනස්ව පවත්වා ගනිමින්, සංස්ලේෂණ උෂ්ණත්වය 1500℃, 1700℃, 1900℃ සහ 2100℃ වන අතර, ජනනය කරන ලද SiC කුඩු සාම්පල ලබාගෙන විශ්ලේෂණය කරනු ලැබේ. රූපය 5 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, β-SiC පස් කහ පැහැයෙන් යුක්ත වන අතර, α-SiC සැහැල්ලු වර්ණයෙන් යුක්ත වේ. සංස්ලේෂණය කරන ලද කුඩු වල වර්ණය හා රූප විද්යාව නිරීක්ෂණය කිරීමෙන්, 1500℃ සහ 1700℃ උෂ්ණත්වවලදී සංස්ලේෂණය කරන ලද නිෂ්පාදනය β-SiC බව තීරණය කළ හැකිය. 1900℃ දී, වර්ණය සැහැල්ලු වන අතර, ෂඩාස්රාකාර අංශු දිස්වන අතර, උෂ්ණත්වය 1900℃ දක්වා ඉහළ ගිය පසු, අදියර සංක්රාන්තියක් සිදුවන බවත්, β-SiC හි කොටසක් α-SiC බවට පරිවර්තනය වන බවත් පෙන්නුම් කරයි; උෂ්ණත්වය 2100℃ දක්වා ඉහළ යන විට, සංස්ලේෂණය කරන ලද අංශු විනිවිද පෙනෙන බවත්, α-SiC මූලික වශයෙන් පරිවර්තනය කර ඇති බවත් සොයා ගනී.
2.2.2 සංස්ලේෂණ කාලයේ බලපෑම
අනෙකුත් ක්රියාවලි තත්වයන් නොවෙනස්ව පවතින අතර, සංස්ලේෂණ කාලය පිළිවෙලින් පැය 4, පැය 8 සහ පැය 12 ලෙස සකසා ඇත. ජනනය කරන ලද SiC කුඩු සාම්පල ලබාගෙන විවර්තනමානය (XRD) මගින් විශ්ලේෂණය කරනු ලැබේ. ප්රතිඵල රූපය 6 හි දක්වා ඇත. SiC කුඩු මගින් සංස්ලේෂණය කරන ලද නිෂ්පාදනයට සංස්ලේෂණ කාලය යම් බලපෑමක් ඇති කරයි. සංස්ලේෂණ කාලය පැය 4 සහ පැය 8 වන විට, කෘතිම නිෂ්පාදනය ප්රධාන වශයෙන් 6H-SiC වේ; සංස්ලේෂණ කාලය පැය 12 වන විට, නිෂ්පාදනයේ 15R-SiC දිස්වේ.
2.2.3 අමුද්රව්ය අනුපාතයේ බලපෑම
අනෙකුත් ක්රියාවලීන් නොවෙනස්ව පවතින අතර, සිලිකන්-කාබන් ද්රව්ය ප්රමාණය විශ්ලේෂණය කරනු ලබන අතර, සංස්ලේෂණ අත්හදා බැලීම් සඳහා අනුපාත පිළිවෙලින් 1.00, 1.05, 1.10 සහ 1.15 වේ. ප්රතිඵල රූපය 7 හි දක්වා ඇත.
XRD වර්ණාවලියෙන්, සිලිකන්-කාබන් අනුපාතය 1.05 ට වඩා වැඩි වූ විට, නිෂ්පාදනයේ අතිරික්ත Si දිස්වන බවත්, සිලිකන්-කාබන් අනුපාතය 1.05 ට වඩා අඩු වූ විට, අතිරික්ත C දිස්වන බවත් දැකිය හැකිය. සිලිකන්-කාබන් අනුපාතය 1.05 වන විට, කෘතිම නිෂ්පාදනයේ නිදහස් කාබන් මූලික වශයෙන් ඉවත් කරනු ලබන අතර, නිදහස් සිලිකන් නොපෙන්වයි. එබැවින්, ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් SiC සංස්ලේෂණය කිරීම සඳහා සිලිකන්-කාබන් අනුපාතයේ ප්රමාණ අනුපාතය 1.05 විය යුතුය.
2.3 කුඩු වල අඩු නයිට්රජන් ප්රමාණය පාලනය කිරීම
2.3.1 කෘතිම අමුද්රව්ය
මෙම අත්හදා බැලීමේදී භාවිතා කරන ලද අමුද්රව්ය වන්නේ 20 μm මධ්ය විෂ්කම්භයක් සහිත අධි-පිරිසිදු කාබන් කුඩු සහ අධි-පිරිසිදු සිලිකන් කුඩු ය. ඒවායේ කුඩා අංශු ප්රමාණය සහ විශාල නිශ්චිත මතුපිට ප්රදේශය නිසා, ඒවා වාතයේ N2 අවශෝෂණය කර ගැනීම පහසුය. කුඩු සංස්ලේෂණය කරන විට, එය කුඩු වල ස්ඵටික ස්වරූපයට ගෙන එනු ලැබේ. N-වර්ගයේ ස්ඵටික වර්ධනය සඳහා, කුඩු වල N2 අසමාන මාත්රණය ස්ඵටිකයේ අසමාන ප්රතිරෝධයට සහ ස්ඵටික ස්වරූපයෙන් පවා වෙනස් වීමට හේතු වේ. හයිඩ්රජන් හඳුන්වා දීමෙන් පසු සංස්ලේෂණය කරන ලද කුඩු වල නයිට්රජන් අන්තර්ගතය සැලකිය යුතු ලෙස අඩු ය. මෙයට හේතුව හයිඩ්රජන් අණු පරිමාව කුඩා වීමයි. කාබන් කුඩු සහ සිලිකන් කුඩු වල අවශෝෂණය කර මතුපිටින් දිරාපත් වූ විට, H2 එහි කුඩා පරිමාව සමඟ කුඩු අතර පරතරය තුළට සම්පූර්ණයෙන්ම විසරණය වන අතර, N2 හි පිහිටීම ප්රතිස්ථාපනය කරයි, සහ N2 රික්ත ක්රියාවලියේදී කබොලෙන් ගැලවී, නයිට්රජන් අන්තර්ගතය ඉවත් කිරීමේ අරමුණ සාක්ෂාත් කර ගනී.
2.3.2 සංස්ලේෂණ ක්රියාවලිය
සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු සංස්ලේෂණය අතරතුර, කාබන් පරමාණු සහ නයිට්රජන් පරමාණුවල අරය සමාන බැවින්, නයිට්රජන් සිලිකන් කාබයිඩ් වල කාබන් පුරප්පාඩු ප්රතිස්ථාපනය කරන අතර එමඟින් නයිට්රජන් අන්තර්ගතය වැඩි වේ. මෙම පර්යේෂණාත්මක ක්රියාවලිය H2 හඳුන්වා දීමේ ක්රමය අනුගමනය කරන අතර, H2 සංස්ලේෂණ කෲසියබල් හි කාබන් සහ සිලිකන් මූලද්රව්ය සමඟ ප්රතික්රියා කර C2H2, C2H සහ SiH වායු ජනනය කරයි. වායු අවධි සම්ප්රේෂණය හරහා කාබන් මූලද්රව්ය අන්තර්ගතය වැඩි වන අතර එමඟින් කාබන් පුරප්පාඩු අඩු වේ. නයිට්රජන් ඉවත් කිරීමේ අරමුණ සාක්ෂාත් කරගනු ලැබේ.
2.3.3 ක්රියාවලි පසුබිම් නයිට්රජන් අන්තර්ගත පාලනය
විශාල සිදුරු සහිත ග්රැෆයිට් කබොල, වායු අවධි සංරචකවල Si වාෂ්ප අවශෝෂණය කර ගැනීමට, වායු අවධි සංරචකවල Si අඩු කිරීමට සහ එමඟින් C/Si වැඩි කිරීමට අතිරේක C ප්රභවයන් ලෙස භාවිතා කළ හැකිය. ඒ සමඟම, ග්රැෆයිට් කබොලවලට Si වායුගෝලය සමඟ ප්රතික්රියා කර Si2C, SiC2 සහ SiC ජනනය කළ හැකි අතර, එය Si වායුගෝලයට සමාන වන අතර ග්රැෆයිට් කබොලෙන් C ප්රභවය වර්ධන වායුගෝලයට ගෙන ඒම, C අනුපාතය වැඩි කිරීම සහ කාබන්-සිලිකන් අනුපාතය වැඩි කිරීම. එබැවින්, විශාල සිදුරු සහිත ග්රැෆයිට් කබොල භාවිතා කිරීමෙන්, කාබන් පුරප්පාඩු අඩු කිරීමෙන් සහ නයිට්රජන් ඉවත් කිරීමේ අරමුණ සාක්ෂාත් කර ගැනීමෙන් කාබන්-සිලිකන් අනුපාතය වැඩි කළ හැකිය.
3 තනි ස්ඵටික කුඩු සංස්ලේෂණ ක්රියාවලිය විශ්ලේෂණය සහ සැලසුම් කිරීම
3.1 සංස්ලේෂණ ක්රියාවලියේ මූලධර්මය සහ සැලසුම
කුඩු සංස්ලේෂණයේ අංශු ප්රමාණය, ස්ඵටික ස්වරූපය සහ නයිට්රජන් අන්තර්ගතය පාලනය කිරීම පිළිබඳ ඉහත සඳහන් කළ පුළුල් අධ්යයනය හරහා, සංස්ලේෂණ ක්රියාවලියක් යෝජනා කෙරේ. අධි-පිරිසිදු C කුඩු සහ Si කුඩු තෝරාගෙන, ඒවා ඒකාකාරව මිශ්ර කර 1.05 සිලිකන්-කාබන් අනුපාතයකට අනුව ග්රැෆයිට් කබොලකට පටවනු ලැබේ. ක්රියාවලි පියවර ප්රධාන වශයෙන් අදියර හතරකට බෙදා ඇත:
1) අඩු උෂ්ණත්ව ඩිනයිට්රිෆිකේෂන් ක්රියාවලිය, 5×10-4 Pa දක්වා රික්ත කිරීම, පසුව හයිඩ්රජන් හඳුන්වා දීම, කුටීර පීඩනය 80 kPa පමණ කිරීම, මිනිත්තු 15 ක් පවත්වා ගැනීම සහ හතර වතාවක් පුනරාවර්තනය කිරීම. මෙම ක්රියාවලියට කාබන් කුඩු සහ සිලිකන් කුඩු මතුපිට ඇති නයිට්රජන් මූලද්රව්ය ඉවත් කළ හැකිය.
2) අධි-උෂ්ණත්ව ඩිනයිට්රිෆිකේෂන් ක්රියාවලිය, 5×10-4 Pa දක්වා රික්ත කිරීම, පසුව 950 ℃ දක්වා රත් කිරීම, පසුව හයිඩ්රජන් හඳුන්වා දීම, කුටීර පීඩනය 80 kPa පමණ කිරීම, මිනිත්තු 15 ක් පවත්වා ගැනීම සහ හතර වතාවක් පුනරාවර්තනය කිරීම. මෙම ක්රියාවලියට කාබන් කුඩු සහ සිලිකන් කුඩු මතුපිට ඇති නයිට්රජන් මූලද්රව්ය ඉවත් කර තාප ක්ෂේත්රයේ නයිට්රජන් ධාවනය කළ හැකිය.
3) අඩු උෂ්ණත්ව අවධි ක්රියාවලියක සංස්ලේෂණය, 5×10-4 Pa දක්වා ඉවත් කර, පසුව 1350℃ දක්වා රත් කර, පැය 12 ක් තබා, පසුව කුටීරයේ පීඩනය 80 kPa පමණ වන පරිදි හයිඩ්රජන් හඳුන්වා දී, පැය 1 ක් තබා ගන්න. මෙම ක්රියාවලිය සංස්ලේෂණ ක්රියාවලියේදී වාෂ්පීකරණය වූ නයිට්රජන් ඉවත් කළ හැකිය.
4) ඉහළ උෂ්ණත්ව අවධි ක්රියාවලියේ සංස්ලේෂණය, ඉහළ සංශුද්ධතාවයකින් යුත් හයිඩ්රජන් සහ ආගන් මිශ්ර වායුවේ නිශ්චිත වායු පරිමා ප්රවාහ අනුපාතයකින් පුරවා, කුටීර පීඩනය 80 kPa පමණ කර, උෂ්ණත්වය 2100℃ දක්වා ඉහළ නංවා, පැය 10 ක් තබා ගන්න. මෙම ක්රියාවලිය සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු β-SiC සිට α-SiC බවට පරිවර්තනය කිරීම සම්පූර්ණ කරන අතර ස්ඵටික අංශු වර්ධනය සම්පූර්ණ කරයි.
අවසාන වශයෙන්, කාමර උෂ්ණත්වය කාමර උෂ්ණත්වයට සිසිල් වන තෙක් බලා සිටින්න, වායුගෝලීය පීඩනයට පුරවා කුඩු පිටතට ගන්න.
3.2 කුඩු පසු සැකසුම් ක්රියාවලිය
ඉහත ක්රියාවලිය මගින් කුඩු සංස්ලේෂණය කිරීමෙන් පසු, නිදහස් කාබන්, සිලිකන් සහ අනෙකුත් ලෝහ අපද්රව්ය ඉවත් කර අංශු ප්රමාණය තිරගත කිරීම සඳහා එය පසු-සැකසුම් කළ යුතුය. පළමුව, සංස්ලේෂණය කරන ලද කුඩු තලා දැමීම සඳහා බෝල මෝලක තබා ඇති අතර, තලා දැමූ සිලිකන් කාබයිඩ් කුඩු මෆල් උදුනක තබා ඔක්සිජන් මගින් 450°C දක්වා රත් කරනු ලැබේ. කුඩු වල ඇති නිදහස් කාබන් තාපය මගින් ඔක්සිකරණය කර කුටියෙන් පිටවන කාබන් ඩයොක්සයිඩ් වායුව ජනනය කරයි, එමඟින් නිදහස් කාබන් ඉවත් කිරීම සාක්ෂාත් කර ගනී. පසුව, සංස්ලේෂණ ක්රියාවලියේදී ජනනය වන කාබන්, සිලිකන් සහ අවශේෂ ලෝහ අපද්රව්ය ඉවත් කිරීම සඳහා පිරිසිදු කිරීම සඳහා ආම්ලික පිරිසිදු කිරීමේ ද්රවයක් සකස් කර සිලිකන් කාබයිඩ් අංශු පිරිසිදු කිරීමේ යන්ත්රයක තබා ඇත. ඉන්පසු, අවශේෂ අම්ලය පිරිසිදු ජලයෙන් සෝදා වියළනු ලැබේ. ස්ඵටික වර්ධනය සඳහා අංශු ප්රමාණය තෝරා ගැනීම සඳහා වියළන ලද කුඩු කම්පන තිරයක තිරගත කරනු ලැබේ.
පළ කිරීමේ කාලය: අගෝස්තු-08-2024