Шта је CVD SiC премаз?
Хемијско таложење из паре (CVD) је процес вакуумског таложења који се користи за производњу чврстих материјала високе чистоће. Овај процес се често користи у области производње полупроводника за формирање танких филмова на површини плочица. У процесу припреме силицијум карбида CVD-ом, подлога је изложена једном или више испарљивих прекурсора, који хемијски реагују на површини подлоге да би се таложили жељени наслагани силицијум карбиди. Међу многим методама за припрему силицијум карбидних материјала, производи припремљени хемијским таложењем из паре имају већу уједначеност и чистоћу, а ова метода има јаку контролу процеса. CVD силицијум карбидни материјали имају јединствену комбинацију одличних термичких, електричних и хемијских својстава, што их чини веома погодним за употребу у полупроводничкој индустрији где су потребни високоперформансни материјали. CVD силицијум карбидне компоненте се широко користе у опреми за нагризање, MOCVD опреми, Si епитаксијалној опреми и SiC епитаксијалној опреми, опреми за брзу термичку обраду и другим областима.
Овај чланак се фокусира на анализу квалитета танких филмова узгајаних на различитим температурама процеса током припремеCVD SiC премаз, како би се одабрала најприкладнија температура процеса. Експеримент користи графит као подлогу и трихлорометилсилан (MTS) као изворни гас реакције. SiC премаз се наноси CVD поступком ниског притиска, а микроморфологијаCVD SiC премазсе посматра скенирајућом електронском микроскопијом како би се анализирала његова структурна густина.
Пошто је површинска температура графитне подлоге веома висока, међугас ће бити десорбован и испуштен са површине подлоге, а коначно ће C и Si који остану на површини подлоге формирати чврсту фазу SiC да би се формирао SiC премаз. Према горе наведеном CVD-SiC процесу раста, може се видети да ће температура утицати на дифузију гаса, разлагање MTS-а, формирање капљица и десорпцију и испуштање међугаса, тако да ће температура таложења играти кључну улогу у морфологији SiC премаза. Микроскопска морфологија премаза је најинтимнија манифестација густине премаза. Стога је неопходно проучити утицај различитих температура таложења на микроскопску морфологију CVD SiC премаза. Пошто MTS може да разложи и таложи SiC премаз између 900~1600℃, овај експеримент бира пет температура таложења од 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ и 1300℃ за припрему SiC премаза како би се проучио утицај температуре на CVD-SiC премаз. Специфични параметри су приказани у Табели 3. Слика 2 приказује микроскопску морфологију CVD-SiC премаза узгајаног на различитим температурама таложења.
Када је температура таложења 900℃, сав SiC расте у облике влакана. Може се видети да је пречник једног влакна око 3,5μm, а његов однос ширине и висине око 3 (<10). Штавише, састављен је од безброј нано-SiC честица, тако да припада поликристалној SiC структури, која се разликује од традиционалних SiC наножица и монокристалних SiC бркова. Овај влакнасти SiC је структурни дефект узрокован неразумним параметрима процеса. Може се видети да је структура овог SiC премаза релативно лабава, и да постоји велики број пора између влакнастог SiC, а густина је веома ниска. Стога, ова температура није погодна за припрему густих SiC премаза. Обично, структурни дефекти влакнастог SiC-а настају услед прениске температуре таложења. На ниским температурама, мали молекули адсорбовани на површини подлоге имају ниску енергију и лошу способност миграције. Стога, мали молекули имају тенденцију да мигрирају и расту до најниже површинске слободне енергије SiC зрна (као што је врх зрна). Континуирани усмерени раст на крају формира структурне дефекте влакнастог SiC-а.
Припрема CVD SiC премаза:
Прво, графитна подлога се ставља у вакуумску пећ високе температуре и држи на 1500℃ током 1 сата у атмосфери аргона ради уклањања пепела. Затим се графитни блок сече на блокове димензија 15x15x5 мм, а површина графитног блока се полира брусним папиром величине 1200 меша како би се елиминисале површинске поре које утичу на таложење SiC. Третирани графитни блок се пере безводним етанолом и дестилованом водом, а затим се ставља у пећ на 100℃ ради сушења. Коначно, графитна подлога се ставља у главну температурну зону цевасте пећи за таложење SiC. Шематски дијаграм система за хемијско таложење из паре приказан је на слици 1.
TheCVD SiC премазје посматрано скенирајућом електронском микроскопијом ради анализе величине и густине честица. Поред тога, брзина таложења SiC премаза је израчуната према следећој формули: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Брзина таложења; m2–маса узорка премаза (mg); m1–маса супстрата (mg); S-површина подлоге (mm2); t - време таложења (h). CVD-SiC је релативно компликован, а процес се може сумирати на следећи начин: на високој температури, MTS ће се подвргнути термичком разлагању да би се формирали мали молекули извора угљеника и силицијума. Мали молекули извора угљеника углавном укључују CH3, C2H2 и C2H4, а мали молекули извора силицијума углавном укључују SiCI2, SiCI3, итд.; ови мали молекули извора угљеника и силицијума ће затим бити транспортовани на површину графитне подлоге помоћу гаса носача и гаса разблаживача, а затим ће се ови мали молекули адсорбовати на површини подлоге у облику адсорпције, а затим ће се одвијати хемијске реакције између малих молекула да би се формирале мале капљице које постепено расту, а капљице ће се такође спајати, а реакција ће бити праћена стварањем међупроизвода (гас HCl); Када температура порасте на 1000 ℃, густина SiC премаза се значајно побољшава. Може се видети да је већи део премаза састављен од SiC зрна (величине око 4μm), али се налазе и неки влакнасти SiC дефекти, што показује да и даље постоји усмерен раст SiC на овој температури и да премаз још увек није довољно густ. Када температура порасте на 1100 ℃, може се видети да је SiC премаз веома густ, а влакнасти SiC дефекти су потпуно нестали. Премаз се састоји од SiC честица у облику капљица пречника око 5~10μm, које су чврсто спојене. Површина честица је веома храпава. Састоји се од безброј наноразмерних SiC зрна. У ствари, процес раста CVD-SiC на 1100 ℃ је постао контролисан преносом масе. Мали молекули адсорбовани на површини подлоге имају довољно енергије и времена да се нуклеирају и расту у SiC зрна. SiC зрна равномерно формирају велике капљице. Под дејством површинске енергије, већина капљица изгледа сферично, а капљице су чврсто спојене и формирају густи SiC премаз. Када температура порасте на 1200℃, SiC премаз је такође густ, али SiC морфологија постаје вишеструко ребраста и површина премаза делује храпавија. Када температура порасте на 1300℃, на површини графитне подлоге налази се велики број правилних сферних честица пречника око 3μm. То је зато што је на овој температури SiC трансформисан у гасну фазу, а брзина разградње MTS-а је веома велика. Мали молекули су реаговали и нуклеирали да би формирали SiC зрна пре него што се адсорбују на површини подлоге. Након што зрна формирају сферне честице, падају испод те температуре, што на крају резултира растреситим SiC премазом са лошом густином. Очигледно је да се 1300℃ не може користити као температура формирања густог SiC премаза. Свеобухватно поређење показује да ако се жели припремити густи SiC премаз, оптимална температура CVD депозиције је 1100℃.
Слика 3 приказује брзину таложења CVD SiC премаза на различитим температурама таложења. Како се температура таложења повећава, брзина таложења SiC премаза постепено се смањује. Брзина таложења на 900°C је 0,352 mg·h-1/mm2, а усмерени раст влакана доводи до најбрже брзине таложења. Брзина таложења премаза са највећом густином је 0,179 mg·h-1/mm2. Због таложења неких SiC честица, брзина таложења на 1300°C је најнижа, само 0,027 mg·h-1/mm2. Закључак: Најбоља температура за CVD депозицију је 1100℃. Ниска температура подстиче усмерени раст SiC, док висока температура узрокује да SiC производи депозицију из паре и резултира ретким премазом. Са повећањем температуре депозиције, брзина депозиције се повећаваCVD SiC премазпостепено се смањује.
Време објаве: 26. мај 2025.