CVD SiC каплавы нәрсә ул?
Химик пар белән каплау (ХПК) - югары сафлыклы каты материаллар җитештерү өчен кулланыла торган вакуум белән каплау процессы. Бу процесс еш кына ярымүткәргечләр җитештерү өлкәсендә пластиналар өслегендә юка пленкалар формалаштыру өчен кулланыла. ХПК ярдәмендә кремний карбидын әзерләү процессында субстрат бер яки берничә очучан прекурсорга дучар ителә, алар субстрат өслегендә химик реакциягә кереп, кирәкле кремний карбиды утырмаларын урнаштыралар. Кремний карбиды материалларын әзерләүнең күп ысуллары арасында химик пар белән каплау юлы белән әзерләнгән продуктлар югарырак бердәмлеккә һәм сафлыкка ия, һәм бу ысул процессны көчле контрольдә тота ала. CVD кремний карбиды материаллары искиткеч җылылык, электр һәм химик үзлекләрнең уникаль кушылмасына ия, бу аларны югары җитештерүчәнлекле материаллар таләп ителә торган ярымүткәргечләр сәнәгатендә куллану өчен бик уңайлы итә. CVD кремний карбиды компонентлары гравюра җиһазларында, MOCVD җиһазларында, Si эпитаксиаль җиһазларында һәм SiC эпитаксиаль җиһазларында, тиз җылылык эшкәртү җиһазларында һәм башка өлкәләрдә киң кулланыла.
Бу мәкалә әзерләү барышында төрле процесс температурасында үстерелгән юка пленкаларның сыйфатын анализлауга багышланган.CVD SiC каплавы, иң яраклы процесс температурасын сайлау өчен. Тәҗрибәдә субстрат буларак графит һәм реакция чыганагы газы буларак трихлорметилсилан (MTS) кулланыла. SiC каплавы түбән басымлы CVD процессы белән урнаштырыла, һәм микроморфологиясеCVD SiC каплавыструктура тыгызлыгын анализлау өчен сканерлаучы электрон микроскопия ярдәмендә күзәтелә.
Графит субстратының өслек температурасы бик югары булганлыктан, арадаш газ десорбцияләнә һәм субстрат өслегеннән чыгарыла, һәм ниһаять, субстрат өслегендә калган C һәм Si каты фазалы SiC барлыкка китереп, SiC каплавын барлыкка китерә. Югарыда күрсәтелгән CVD-SiC үсеш процессы буенча, температура газның диффузиясенә, MTS таркалуына, тамчылар формалашуына һәм арадаш газның десорбциясенә һәм чыгарылуына тәэсир итәчәген күрергә мөмкин, шуңа күрә утырма температурасы SiC каплавы морфологиясендә төп роль уйнаячак. Каплауның микроскопик морфологиясе - каплау тыгызлыгының иң интуитив чагылышы. Шуңа күрә, CVD SiC каплавының микроскопик морфологиясенә төрле утырма температураларының йогынтысын өйрәнү кирәк. MTS SiC каплавын 900 ~ 1600℃ арасында таркатып һәм урнаштыра алганлыктан, бу эксперимент CVD-SiC каплавына температураның йогынтысын өйрәнү өчен SiC каплавын әзерләү өчен 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ һәм 1300℃ булган биш утырма температурасын сайлый. Конкрет параметрлар 3 нче таблицада күрсәтелгән. 2 нче рәсемдә төрле утырма температураларында үстерелгән CVD-SiC каплавының микроскопик морфологиясе күрсәтелгән.
Чүпләү температурасы 900℃ булганда, барлык SiC да җепсел формаларына үсә. Бер җепселнең диаметры якынча 3,5 мкм, ә аның аспект нисбәте якынча 3 (<10) икәнен күрергә мөмкин. Моннан тыш, ул сансыз нано-SiC кисәкчәләреннән тора, шуңа күрә ул поликристалл SiC структурасына карый, ул традицион SiC наночыбыкларыннан һәм монокристалл SiC мыекларыннан аерылып тора. Бу җепсел SiC - акылга сыймаслык процесс параметрлары аркасында килеп чыккан структураль кимчелек. Бу SiC каплавының структурасы чагыштырмача йомшак, һәм җепсел SiC арасында күп санлы мәсамә бар, һәм тыгызлыгы бик түбән икәнен күрергә мөмкин. Шуңа күрә бу температура тыгыз SiC каплавын әзерләү өчен яраклы түгел. Гадәттә, җепсел SiC структураль кимчелекләре бик түбән чүпләү температурасы аркасында килеп чыга. Түбән температураларда субстрат өслегенә адсорбцияләнгән кечкенә молекулалар түбән энергиягә һәм начар миграция сәләтенә ия. Шуңа күрә кечкенә молекулалар SiC бөртекләренең (мәсәлән, бөртек очы) иң түбән өслек ирекле энергиясенә күчә һәм үсә. Даими юнәлешле үсеш, ахыр чиктә, фиброзлы SiC структураль кимчелекләрен барлыкка китерә.
CVD SiC каплавын әзерләү:
Башта графит нигезе югары температуралы вакуум миченә урнаштырыла һәм көлне чыгару өчен Ar атмосферасында 1500℃ температурада 1 сәгать тотыла. Аннары графит блогы 15x15x5 мм зурлыктагы блокка киселә, һәм графит блогының өслеге SiC утырмасына тәэсир итүче өслек тишекләрен бетерү өчен 1200 челтәрле зымырдама кәгазе белән ялтыратыла. Эшкәртелгән графит блогы сусыз этанол һәм дистилляцияләнгән су белән юыла, аннары киптерү өчен 100℃ температурадагы мичкә куела. Ахырда, графит нигезе SiC утырту өчен торбасыман мичнең төп температура зонасына урнаштырыла. Химик пар утырту системасының схематик диаграммасы 1 нче рәсемдә күрсәтелгән.
...CVD SiC каплавыкисәкчәләренең зурлыгын һәм тыгызлыгын анализлау өчен сканерлаучы электрон микроскопиясе ярдәмендә күзәтелде. Моннан тыш, SiC каплавының утыру тизлеге түбәндәге формула буенча исәпләнде: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Чөкмә тизлеге; м2 – каплау үрнәгенең массасы (мг); m1 – субстратның массасы (мг); S-субстратның өслек мәйданы (мм2); t-чыгым вакыты (сәг). CVD-SiC чагыштырмача катлаулы, һәм бу процессны түбәндәгечә кыскача күрсәтергә мөмкин: югары температурада MTS термик таркалу процессын кичереп, углерод чыганагы һәм кремний чыганагы кечкенә молекулаларын барлыкка китерәчәк. Углерод чыганагы кечкенә молекулалары, нигездә, CH3, C2H2 һәм C2H4 ны үз эченә ала, ә кремний чыганагы кечкенә молекулалары, нигездә, SiCI2, SiCI3 һ.б. ны үз эченә ала; бу углерод чыганагы һәм кремний чыганагы кечкенә молекулалары аннары ташучы газ һәм эреткеч газ белән графит субстраты өслегенә күчереләчәк, аннары бу кечкенә молекулалар субстрат өслегендә адсорбция рәвешендә адсорбцияләнәчәк, аннары кечкенә молекулалар арасында химик реакцияләр бара, алар әкренләп үсә торган кечкенә тамчылар барлыкка киләчәк, һәм тамчылар да кушылачак, һәм реакция арадаш өстәмә продуктлар (HCl газы) барлыкка килү белән бергә барачак; Температура 1000 ℃ ка кадәр күтәрелгәндә, SiC каплавының тыгызлыгы сизелерлек яхшыра. Каплауның күпчелек өлеше SiC бөртекләреннән тора (якынча 4 мкм зурлыкта), ләкин кайбер җепселле SiC җитешсезлекләре дә очрый, бу исә бу температурада SiC юнәлешле үсешен күрсәтә, һәм каплау әле дә җитәрлек тыгыз түгел. Температура 1100 ℃ ка кадәр күтәрелгәндә, SiC каплавының бик тыгыз булуын һәм җепселле SiC җитешсезлекләренең тулысынча юкка чыгуын күрергә мөмкин. Каплау диаметры якынча 5 ~ 10 мкм булган тамчы формасындагы SiC кисәкчәләреннән тора, алар тыгыз кушылган. Кисәкчәләрнең өслеге бик тупас. Ул сансыз нано-күләмле SiC бөртекләреннән тора. Чынлыкта, 1100 ℃ температурада CVD-SiC үсеш процессы масса күчерүне контрольдә тота. Субстрат өслегендә адсорбцияләнгән кечкенә молекулаларның ядролашу һәм SiC бөртекләренә үсү өчен җитәрлек энергиясе һәм вакыты бар. SiC бөртекләре тигез зур тамчылар барлыкка китерә. Өслек энергиясе тәэсирендә тамчыларның күбесе сферик күренә, һәм тамчылар тыгыз SiC каплавын барлыкка китерү өчен тыгыз кушыла. Температура 1200℃ ка кадәр күтәрелгәндә, SiC каплавы да тыгыз була, ләкин SiC морфологиясе күп кырлы була һәм каплау өслеге тупасрак күренә. Температура 1300℃ ка кадәр күтәрелгәндә, графит субстраты өслегендә диаметры якынча 3μm булган күп санлы гадәти сферик кисәкчәләр табыла. Чөнки бу температурада SiC газ фазасындагы нуклеациягә әйләнә, һәм MTS таркалу тизлеге бик тиз. Кечкенә молекулалар субстрат өслегендә адсорбцияләнгәнче, реакциягә керә һәм нуклеацияләнә, SiC бөртекләре барлыкка килә. Бөртекләр сферик кисәкчәләр барлыкка китергәннән соң, алар түбән төшә, нәтиҗәдә тыгызлыгы начар булган йомшак SiC бөртекләре каплавы барлыкка килә. Әлбәттә, 1300℃ тыгыз SiC каплавының формалаштыру температурасы буларак кулланылмый. Тулы чагыштыру күрсәткәнчә, тыгыз SiC каплавы әзерләнергә тиеш булса, оптималь CVD утырту температурасы 1100℃.
3 нче рәсемдә төрле утыру температураларында CVD SiC капламаларының утыру тизлеге күрсәтелгән. Чүп температурасы арткан саен, SiC капламасының утыру тизлеге әкренләп кими. 900°C температурада утыру тизлеге 0,352 мг·сәг-1/мм2 тәшкил итә, һәм җепселләрнең юнәлешле үсеше иң тиз утыру тизлегенә китерә. Иң югары тыгызлыкка ия булган капламаның утыру тизлеге 0,179 мг·сәг-1/мм2 тәшкил итә. Кайбер SiC кисәкчәләренең утыруы аркасында, 1300°C температурада утыру тизлеге иң түбән, нибары 0,027 мг·сәг-1/мм2. Йомгаклау: Иң яхшы CVD утыру температурасы - 1100℃. Түбән температура SiC юнәлешле үсешенә ярдәм итә, ә югары температура SiC пар утыруына китерә һәм сирәк каплауга китерә. Чүп температурасы арткан саен, утыру тизлеге арта.CVD SiC каплавыакрынлап кими.
Бастырылган вакыты: 2025 елның 26 мае