Pangaruh Suhu Anu Béda Kana Tumuwuhna Lapisan CVD SiC

Naon ari Lapisan CVD SiC téh?

Déposisi uap kimiawi (CVD) nyaéta prosés déposisi vakum anu dianggo pikeun ngahasilkeun bahan padet anu mibanda kamurnian luhur. Prosés ieu sering dianggo dina widang manufaktur semikonduktor pikeun ngabentuk pilem ipis dina permukaan wafer. Dina prosés nyiapkeun silikon karbida ku CVD, substrat kakeunaan hiji atanapi langkung prékursor anu gampang nguap, anu réaksi sacara kimiawi dina permukaan substrat pikeun neundeun deposit silikon karbida anu dipikahoyong. Di antara seueur metode pikeun nyiapkeun bahan silikon karbida, produk anu disiapkeun ku déposisi uap kimiawi ngagaduhan keseragaman sareng kamurnian anu langkung luhur, sareng metode ieu ngagaduhan kontrol prosés anu kuat. Bahan silikon karbida CVD mibanda kombinasi unik tina sipat termal, listrik, sareng kimia anu saé pisan, janten cocog pisan pikeun dianggo dina industri semikonduktor dimana bahan kinerja tinggi diperyogikeun. Komponen silikon karbida CVD seueur dianggo dina alat-alat etsa, alat-alat MOCVD, alat-alat epitaksial Si sareng alat-alat epitaksial SiC, alat-alat pamrosésan termal gancang sareng widang sanésna.

Artikel ieu museur kana nganalisis kualitas pilem ipis anu dipelak dina suhu prosés anu béda-béda salami persiapanLapisan CVD SiC, supados tiasa milih suhu prosés anu paling pas. Ékspérimén ieu nganggo grafit salaku substrat sareng triklorometilsilane (MTS) salaku gas sumber réaksi. Lapisan SiC diendapkeun ku prosés CVD tekanan rendah, sareng mikromorfologi tinaLapisan CVD SiCdititénan ku mikroskop éléktron scanning pikeun nganalisis kapadetan strukturalna.

Kusabab suhu permukaan substrat grafit luhur pisan, gas antara bakal didesorpsi sareng dikaluarkeun tina permukaan substrat, sareng pamustunganana C sareng Si anu sésana dina permukaan substrat bakal ngabentuk SiC fase padet pikeun ngabentuk lapisan SiC. Numutkeun prosés pertumbuhan CVD-SiC di luhur, tiasa katingali yén suhu bakal mangaruhan difusi gas, dékomposisi MTS, formasi tetesan sareng désorpsi sareng pembuangan gas antara, janten suhu déposisi bakal maénkeun peran konci dina morfologi lapisan SiC. Morfologi mikroskopis lapisan mangrupikeun manifestasi anu paling intuitif tina kapadetan lapisan. Ku alatan éta, perlu pikeun nalungtik pangaruh suhu déposisi anu béda kana morfologi mikroskopis lapisan CVD SiC. Kusabab MTS tiasa didekomposisi sareng neundeun lapisan SiC antara 900 ~ 1600 ℃, ékspérimén ieu milih lima suhu déposisi 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ sareng 1300 ℃ pikeun persiapan lapisan SiC pikeun nalungtik pangaruh suhu kana lapisan CVD-SiC. Parameter khususna dipidangkeun dina Tabel 3. Gambar 2 nunjukkeun morfologi mikroskopis palapis CVD-SiC anu dipelak dina suhu déposisi anu béda.

Nalika suhu déposisi 900℃, sadaya SiC tumuwuh jadi bentuk serat. Bisa katingali yén diaméter hiji serat sakitar 3,5μm, sareng babandingan aspékna sakitar 3 (<10). Leuwih ti éta, éta diwangun ku partikel nano-SiC anu teu kaétang, janten kagolong kana struktur SiC polikristalin, anu béda ti kawat nano SiC tradisional sareng kumis SiC kristal tunggal. SiC serat ieu mangrupikeun cacad struktural anu disababkeun ku parameter prosés anu teu masuk akal. Bisa katingali yén struktur palapis SiC ieu relatif leupas, sareng aya seueur pori-pori antara SiC serat, sareng kapadetanna handap pisan. Ku alatan éta, suhu ieu henteu cocog pikeun persiapan palapis SiC anu padet. Biasana, cacad struktural SiC serat disababkeun ku suhu déposisi anu handap teuing. Dina suhu anu handap, molekul leutik anu nyerep dina permukaan substrat gaduh énergi anu handap sareng kamampuan migrasi anu goréng. Ku alatan éta, molekul leutik condong migrasi sareng tumuwuh kana énergi bébas permukaan panghandapna tina butiran SiC (sapertos tungtung butiran). Tumuwuhna arah anu terus-terusan pamustunganana ngabentuk cacad struktural SiC serat.

Nyiapkeun Lapisan CVD SiC:

Mimitina, substrat grafit disimpen dina tungku vakum suhu luhur sareng dijaga dina suhu 1500 ℃ salami 1 jam dina atmosfir Ar pikeun miceun lebu. Teras blok grafit dipotong janten blok 15x15x5mm, sareng permukaan blok grafit dipoles ku amplas 1200-mesh pikeun miceun pori-pori permukaan anu mangaruhan pengendapan SiC. Blok grafit anu parantos diolah dikumbah ku étanol anhidrat sareng cai sulingan, teras disimpen dina oven dina suhu 100 ℃ pikeun dikeringkeun. Pamungkas, substrat grafit disimpen dina zona suhu utama tungku tubular pikeun pengendapan SiC. Diagram skematis sistem pengendapan uap kimia dipidangkeun dina Gambar 1.

TheLapisan CVD SiCdititénan ku mikroskop éléktron scanning pikeun nganalisis ukuran sareng kapadetan partikelna. Salian ti éta, laju déposisi lapisan SiC diitung dumasar kana rumus di handap ieu: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Laju déposisi; m2–massa sampel palapis (mg); m1–massa substrat (mg); Legana permukaan-S substrat (mm2); t-waktos déposisi (h).   CVD-SiC kawilang rumit, sareng prosésna tiasa diringkeskeun sapertos kieu: dina suhu anu luhur, MTS bakal ngalaman dekomposisi termal pikeun ngabentuk molekul alit sumber karbon sareng sumber silikon. Molekul alit sumber karbon utamina ngawengku CH3, C2H2 sareng C2H4, sareng molekul alit sumber silikon utamina ngawengku SiCI2, SiCI3, jsb.; molekul alit sumber karbon sareng sumber silikon ieu teras bakal diangkut ka permukaan substrat grafit ku gas pembawa sareng gas pangencerna, teras molekul alit ieu bakal diserep dina permukaan substrat dina bentuk adsorpsi, teras réaksi kimia bakal lumangsung antara molekul alit pikeun ngabentuk tetesan alit anu laun-laun tumuwuh, sareng tetesan ogé bakal ngahiji, sareng réaksina bakal dibarengan ku formasi produk sampingan antara (gas HCl); Nalika suhu naék ka 1000 ℃, kapadetan palapis SiC ningkat pisan. Katingali yén kalolobaan palapis diwangun ku butiran SiC (ukuranana sakitar 4μm), tapi sababaraha cacad SiC serat ogé kapanggih, anu nunjukkeun yén masih aya pertumbuhan SiC anu arahna dina suhu ieu, sareng palapisna masih teu cukup padet. Nalika suhu naék ka 1100 ℃, katingali yén palapis SiC padet pisan, sareng cacad SiC serat parantos ngaleungit sagemblengna. Palapis ieu diwangun ku partikel SiC anu bentukna tetesan kalayan diaméter sakitar 5 ~ 10μm, anu ngahiji pageuh. Beungeut partikel kasar pisan. Éta diwangun ku butiran SiC skala nano anu teu kaétang. Nyatana, prosés pertumbuhan CVD-SiC dina 1100 ℃ parantos dikontrol ku transfer massa. Molekul-molekul alit anu nyerep dina permukaan substrat gaduh énergi sareng waktos anu cekap pikeun nukleasi sareng tumuh janten butiran SiC. Butiran SiC sacara seragam ngabentuk tetesan ageung. Dina pangaruh énergi permukaan, kaseueuran tetesan cairan katempona buleud, sareng tetesan cairan éta ngahiji pageuh pikeun ngabentuk lapisan SiC anu padet. Nalika suhu naék ka 1200℃, lapisan SiC ogé padet, tapi morfologi SiC janten multi-ridges sareng permukaan lapisan katingalina langkung kasar. Nalika suhu naék ka 1300℃, sajumlah ageung partikel buleud biasa kalayan diaméter sakitar 3μm kapanggih dina permukaan substrat grafit. Ieu kusabab dina suhu ieu, SiC parantos dirobih janten nukleasi fase gas, sareng laju dekomposisi MTS gancang pisan. Molekul leutik parantos réaksi sareng nukleasi pikeun ngabentuk butiran SiC sateuacan aranjeunna diadsorpsi dina permukaan substrat. Saatos butiran ngabentuk partikel buleud, aranjeunna bakal murag ka handap, antukna ngahasilkeun lapisan partikel SiC anu leupas kalayan kapadetan anu goréng. Jelas, 1300℃ henteu tiasa dianggo salaku suhu ngabentuk lapisan SiC padet. Perbandingan anu komprehensif nunjukkeun yén upami lapisan SiC padet kedah disiapkeun, suhu déposisi CVD anu optimal nyaéta 1100℃.

Gambar 3 nunjukkeun laju déposisi palapis CVD SiC dina suhu déposisi anu béda-béda. Nalika suhu déposisi ningkat, laju déposisi palapis SiC laun-laun turun. Laju déposisi dina 900°C nyaéta 0,352 mg·h-1/mm2, sareng pertumbuhan serat anu ngarah kana laju déposisi anu panggancangna. Laju déposisi palapis kalayan kapadetan pangluhurna nyaéta 0,179 mg·h-1/mm2. Kusabab déposisi sababaraha partikel SiC, laju déposisi dina 1300°C mangrupikeun anu panghandapna, ngan ukur 0,027 mg·h-1/mm2.   Kacindekan: Suhu déposisi CVD anu pangsaéna nyaéta 1100℃. Suhu anu handap ngadorong kamekaran SiC sacara langsung, sedengkeun suhu anu luhur nyababkeun SiC ngahasilkeun déposisi uap sareng ngahasilkeun lapisan anu jarang. Kalayan ningkatna suhu déposisi, laju déposisiLapisan CVD SiClaun-laun ngurangan.