Epekto Ng Iba't Ibang Temperatura Sa Paglago ng CVD SiC Coating

Ano ang CVD SiC Coating?

Ang chemical vapor deposition (CVD) ay isang vacuum deposition na proseso na ginagamit upang makagawa ng high-purity solid na materyales. Ang prosesong ito ay kadalasang ginagamit sa larangan ng pagmamanupaktura ng semiconductor upang bumuo ng mga manipis na pelikula sa ibabaw ng mga wafer. Sa proseso ng paghahanda ng silicon carbide sa pamamagitan ng CVD, ang substrate ay nakalantad sa isa o higit pang pabagu-bago ng mga precursor, na chemically react sa ibabaw ng substrate upang ideposito ang nais na silicon carbide deposits. Kabilang sa maraming mga pamamaraan para sa paghahanda ng mga materyales ng silicon carbide, ang mga produktong inihanda ng chemical vapor deposition ay may mas mataas na pagkakapareho at kadalisayan, at ang pamamaraang ito ay may malakas na kontrol sa proseso. Ang mga materyales ng CVD silicon carbide ay may natatanging kumbinasyon ng mahusay na thermal, electrical at chemical properties, na ginagawa itong napaka-angkop para sa paggamit sa industriya ng semiconductor kung saan kinakailangan ang mga high-performance na materyales. Ang mga bahagi ng CVD silicon carbide ay malawakang ginagamit sa etching equipment, MOCVD equipment, Si epitaxial equipment at SiC epitaxial equipment, mabilis na thermal processing equipment at iba pang larangan.

Nakatuon ang artikulong ito sa pagsusuri sa kalidad ng mga manipis na pelikula na lumago sa iba't ibang temperatura ng proseso sa panahon ng paghahanda ngPatong ng CVD SiC, upang piliin ang pinaka-angkop na temperatura ng proseso. Gumagamit ang eksperimento ng graphite bilang substrate at trichloromethylsilane (MTS) bilang reaction source gas. Ang SiC coating ay idineposito ng low-pressure na proseso ng CVD, at ang micromorphology ngPatong ng CVD SiCay sinusunod sa pamamagitan ng pag-scan ng electron microscopy upang pag-aralan ang structural density nito.

Dahil ang temperatura sa ibabaw ng substrate ng grapayt ay napakataas, ang intermediate na gas ay desorbed at ilalabas mula sa ibabaw ng substrate, at sa wakas ang C at Si na natitira sa ibabaw ng substrate ay bubuo ng solidong phase na SiC upang bumuo ng SiC coating. Ayon sa proseso ng paglago ng CVD-SiC sa itaas, makikita na ang temperatura ay makakaapekto sa diffusion ng gas, ang agnas ng MTS, ang pagbuo ng mga droplet at ang desorption at discharge ng intermediate gas, kaya ang temperatura ng deposition ay may mahalagang papel sa morpolohiya ng SiC coating. Ang microscopic morphology ng coating ay ang pinaka-intuitive na pagpapakita ng density ng coating. Samakatuwid, kinakailangang pag-aralan ang epekto ng iba't ibang mga temperatura ng pag-aalis sa mikroskopikong morphology ng CVD SiC coating. Dahil ang MTS ay maaaring mag-decompose at magdeposito ng SiC coating sa pagitan ng 900~1600℃, pinipili ng eksperimentong ito ang limang deposition temperature na 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ at 1300℃ para sa paghahanda ng SiC coating upang pag-aralan ang epekto ng temperatura sa CVD-SiC coating. Ang mga partikular na parameter ay ipinapakita sa Talahanayan 3. Ipinapakita ng Figure 2 ang microscopic morphology ng CVD-SiC coating na lumago sa iba't ibang temperatura ng deposition.

Kapag ang temperatura ng deposition ay 900 ℃, ang lahat ng SiC ay lumalaki sa mga hugis ng hibla. Makikita na ang diameter ng isang solong hibla ay humigit-kumulang 3.5μm, at ang aspect ratio nito ay humigit-kumulang 3 (<10). Bukod dito, binubuo ito ng hindi mabilang na mga particle ng nano-SiC, kaya kabilang ito sa isang polycrystalline SiC na istraktura, na naiiba sa tradisyonal na SiC nanowires at single-crystal SiC whisker. Ang fibrous SiC na ito ay isang structural defect na dulot ng hindi makatwirang mga parameter ng proseso. Makikita na ang istraktura ng SiC coating na ito ay medyo maluwag, at mayroong isang malaking bilang ng mga pores sa pagitan ng fibrous SiC, at ang density ay napakababa. Samakatuwid, ang temperatura na ito ay hindi angkop para sa paghahanda ng mga siksik na SiC coatings. Karaniwan, ang mga fibrous SiC na mga depekto sa istruktura ay sanhi ng masyadong mababang temperatura ng pagdeposito. Sa mababang temperatura, ang maliliit na molekula na na-adsorb sa ibabaw ng substrate ay may mababang enerhiya at mahinang kakayahan sa paglipat. Samakatuwid, ang maliliit na molekula ay may posibilidad na lumipat at lumago sa pinakamababang pang-ibabaw na libreng enerhiya ng mga butil ng SiC (tulad ng dulo ng butil). Ang tuluy-tuloy na paglaki ng direksyon sa kalaunan ay bumubuo ng fibrous na mga depekto sa istruktura ng SiC.

Paghahanda ng CVD SiC Coating:

Una, ang graphite substrate ay inilalagay sa isang mataas na temperatura na vacuum furnace at pinananatili sa 1500 ℃ para sa 1h sa isang Ar atmosphere para sa pagtanggal ng abo. Pagkatapos ang graphite block ay pinutol sa isang bloke na 15x15x5mm, at ang ibabaw ng graphite block ay pinakintab na may 1200-mesh na papel de liha upang maalis ang mga pores sa ibabaw na nakakaapekto sa pagtitiwalag ng SiC. Ang ginagamot na graphite block ay hinuhugasan ng anhydrous ethanol at distilled water, at pagkatapos ay inilagay sa oven sa 100 ℃ para sa pagpapatuyo. Sa wakas, ang graphite substrate ay inilalagay sa pangunahing temperatura zone ng tubular furnace para sa SiC deposition. Ang schematic diagram ng chemical vapor deposition system ay ipinapakita sa Figure 1.

AngPatong ng CVD SiCay naobserbahan sa pamamagitan ng pag-scan ng electron microscopy upang pag-aralan ang laki at density ng butil nito. Bilang karagdagan, ang rate ng deposition ng SiC coating ay kinakalkula ayon sa formula sa ibaba: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Deposition rate; m2–mass ng sample ng patong (mg); m1–mass ng substrate (mg); S-ibabaw na lugar ng substrate (mm2); t-ang oras ng pagtitiwalag (h).   Ang CVD-SiC ay medyo kumplikado, at ang proseso ay maaaring ibuod tulad ng sumusunod: sa mataas na temperatura, ang MTS ay sasailalim sa thermal decomposition upang bumuo ng carbon source at silicon source na maliliit na molekula. Ang mga maliliit na molekula ng carbon source ay pangunahing kinabibilangan ng CH3, C2H2 at C2H4, at ang mga maliliit na molekula ng silikon ay pangunahing kinabibilangan ng SiCI2, SiCI3, atbp.; ang mga carbon source at silicon source na maliliit na molekula ay dadalhin sa ibabaw ng graphite substrate ng carrier gas at ng diluent gas, at pagkatapos ang maliliit na molekula na ito ay i-adsorbed sa ibabaw ng substrate sa anyo ng adsorption, at pagkatapos ay magaganap ang mga kemikal na reaksyon sa pagitan ng maliliit na molekula upang bumuo ng maliliit na patak na unti-unting lumalaki, at ang mga patak na patak ay unti-unting lalago, at ang mga patak ng fuse at ang mga patak ay magkakaroon din ng fuse ng reaksyon. intermediate by-products (HCl gas); Kapag ang temperatura ay tumaas sa 1000 ℃, ang density ng SiC coating ay lubos na napabuti. Makikita na ang karamihan sa patong ay binubuo ng mga butil ng SiC (mga 4μm ang laki), ngunit ang ilang mga fibrous na depekto sa SiC ay matatagpuan din, na nagpapakita na mayroon pa ring direksyon na paglaki ng SiC sa temperatura na ito, at ang patong ay hindi pa rin sapat na siksik. Kapag ang temperatura ay tumaas sa 1100 ℃, makikita na ang SiC coating ay napakasiksik, at ang fibrous SiC defect ay ganap na nawala. Ang patong ay binubuo ng mga particle ng SiC na hugis droplet na may diameter na humigit-kumulang 5~10μm, na mahigpit na pinagsama. Ang ibabaw ng mga particle ay masyadong magaspang. Binubuo ito ng hindi mabilang na nano-scale na mga butil ng SiC. Sa katunayan, ang proseso ng paglago ng CVD-SiC sa 1100 ℃ ay naging kontrolado ng mass transfer. Ang mga maliliit na molekula na naka-adsorb sa ibabaw ng substrate ay may sapat na enerhiya at oras upang mag-nucleate at lumaki sa mga butil ng SiC. Ang mga butil ng SiC ay pantay na bumubuo ng malalaking patak. Sa ilalim ng pagkilos ng enerhiya sa ibabaw, karamihan sa mga droplet ay lumilitaw na spherical, at ang mga droplet ay mahigpit na pinagsama upang bumuo ng isang siksik na SiC coating. Kapag ang temperatura ay tumaas sa 1200 ℃, ang SiC coating ay siksik din, ngunit ang SiC morphology ay nagiging multi-ridged at ang ibabaw ng coating ay lumilitaw na mas magaspang. Kapag ang temperatura ay tumaas sa 1300 ℃, isang malaking bilang ng mga regular na spherical particle na may diameter na humigit-kumulang 3μm ay matatagpuan sa ibabaw ng graphite substrate. Ito ay dahil sa temperaturang ito, ang SiC ay na-transform sa gas phase nucleation, at ang MTS decomposition rate ay napakabilis. Ang mga maliliit na molekula ay nag-react at nag-nucleate upang bumuo ng mga butil ng SiC bago sila ma-adsorbed sa ibabaw ng substrate. Matapos ang mga butil ay bumuo ng mga spherical na particle, mahuhulog sila sa ibaba, sa kalaunan ay magreresulta sa isang maluwag na SiC particle coating na may mahinang density. Malinaw, ang 1300 ℃ ay hindi maaaring gamitin bilang ang bumubuo ng temperatura ng siksik na SiC coating. Ipinapakita ng komprehensibong paghahambing na kung ang siksik na SiC coating ay ihahanda, ang pinakamainam na temperatura ng pagdeposito ng CVD ay 1100 ℃.

Ipinapakita ng Figure 3 ang deposition rate ng CVD SiC coatings sa iba't ibang temperatura ng deposition. Habang tumataas ang temperatura ng deposition, unti-unting bumababa ang deposition rate ng SiC coating. Ang deposition rate sa 900°C ay 0.352 mg·h-1/mm2, at ang directional growth ng mga fibers ay humahantong sa pinakamabilis na deposition rate. Ang deposition rate ng coating na may pinakamataas na density ay 0.179 mg·h-1/mm2. Dahil sa deposition ng ilang SiC particle, ang deposition rate sa 1300°C ang pinakamababa, 0.027 mg·h-1/mm2 lang.   Konklusyon: Ang pinakamahusay na temperatura ng pag-deposito ng CVD ay 1100 ℃. Ang mababang temperatura ay nagtataguyod ng direksyong paglaki ng SiC, habang ang mataas na temperatura ay nagiging sanhi ng SiC upang makagawa ng vapor deposition at magreresulta sa kalat-kalat na patong. Sa pagtaas ng temperatura ng deposition, ang deposition rate ngPatong ng CVD SiCunti-unting bumababa.