CVD SiC قاپلىمىسىنىڭ ئۆسۈشىگە ھەر خىل تېمپېراتۇرىنىڭ تەسىرى

CVD SiC قاپلاش دېگەن نېمە؟

خىمىيىلىك پارغا چۆكتۈرۈش (CVD) يۇقىرى ساپلىقتىكى قاتتىق ماتېرىياللارنى ئىشلەپچىقىرىشتا ئىشلىتىلىدىغان ۋاكۇئۇمغا چۆكتۈرۈش جەريانى. بۇ جەريان كۆپىنچە يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئىشلەپچىقىرىش ساھەسىدە ۋافلىلارنىڭ يۈزىدە نېپىز پەردە ھاسىل قىلىش ئۈچۈن ئىشلىتىلىدۇ. CVD ئارقىلىق كرېمنىي كاربىدنى تەييارلاش جەريانىدا، ئاساسىي ماددىغا بىر ياكى بىردىن ئارتۇق ئۇچۇچان ئالدىنقى ماددىلار تەسىر كۆرسىتىدۇ، بۇ ئالدىنقى ماددىلار ئاساسىي ماددىنىڭ يۈزىدە خىمىيىلىك رېئاكسىيە قىلىپ، ئېھتىياجلىق كرېمنىي كاربىد چۆكتۈرۈشلىرىنى قويىدۇ. كرېمنىي كاربىد ماتېرىياللىرىنى تەييارلاشنىڭ نۇرغۇن ئۇسۇللىرى ئىچىدە، خىمىيىلىك پارغا چۆكتۈرۈش ئارقىلىق تەييارلانغان مەھسۇلاتلارنىڭ بىردەكلىكى ۋە ساپلىقى يۇقىرى بولۇپ، بۇ ئۇسۇل كۈچلۈك جەريان كونترول قىلىش ئىقتىدارىغا ئىگە. CVD كرېمنىي كاربىد ماتېرىياللىرى ئېسىل ئىسسىقلىق، ئېلېكتر ۋە خىمىيىلىك خۇسۇسىيەتلەرنىڭ ئۆزگىچە بىرىكمىسىگە ئىگە بولۇپ، يۇقىرى ئىقتىدارلىق ماتېرىياللار تەلەپ قىلىنىدىغان يېرىم ئۆتكۈزگۈچ سانائىتىدە ئىشلىتىشكە ناھايىتى ماس كېلىدۇ. CVD كرېمنىي كاربىد تەركىبلىرى ئويۇش ئۈسكۈنىلىرى، MOCVD ئۈسكۈنىلىرى، Si ئېپىتاكسىيال ئۈسكۈنىلىرى ۋە SiC ئېپىتاكسىيال ئۈسكۈنىلىرى، تېز ئىسسىقلىق بىر تەرەپ قىلىش ئۈسكۈنىلىرى ۋە باشقا ساھەلەردە كەڭ قوللىنىلىدۇ.

بۇ ماقالە تەييارلاش جەريانىدا ھەر خىل تېمپېراتۇرىدا ئۆستۈرۈلگەن نېپىز پەردىلەرنىڭ سۈپىتىنى تەھلىل قىلىشقا مەركەزلەشكەن.CVD SiC قاپلىمى، ئەڭ مۇۋاپىق جەريان تېمپېراتۇرىسىنى تاللاش ئۈچۈن. بۇ تەجرىبىدە گرافىت ئاساس قىلىپ، ترىخلورومېتىلسىلان (MTS) رېئاكسىيە مەنبەسى گازى قىلىپ ئىشلىتىلىدۇ. SiC قاپلىمىسى تۆۋەن بېسىملىق CVD جەريانى ئارقىلىق چۆكتۈرۈلىدۇ، ھەمدە مىكرومورفولوگىيەسى ...CVD SiC قاپلىمىئۇنىڭ قۇرۇلما زىچلىقىنى تەھلىل قىلىش ئۈچۈن ئېلېكترونلۇق مىكروسكوپ ئارقىلىق كۆزىتىلىدۇ.

گرافىت ئاساسىي قەۋىتىنىڭ يۈزەكى تېمپېراتۇرىسى ناھايىتى يۇقىرى بولغاچقا، ئارىلىق گاز سۈمۈرۈلۈشتىن چىقىرىلىپ، ئاساسىي قەۋەت يۈزىدىن چىقىرىۋېتىلىدۇ، ئاخىرىدا ئاساسىي قەۋەت يۈزىدە قالغان C ۋە Si قاتتىق باسقۇچلۇق SiC نى ھاسىل قىلىپ، SiC قاپلىمىسىنى ھاسىل قىلىدۇ. يۇقىرىدىكى CVD-SiC ئۆسۈش جەريانىغا ئاساسلانغاندا، تېمپېراتۇرا گازنىڭ تارقىلىشى، MTS نىڭ پارچىلىنىشى، تامچىلارنىڭ شەكىللىنىشى ۋە ئارىلىق گازنىڭ سۈمۈرۈلۈش ۋە چىقىرىلىشىغا تەسىر كۆرسىتىدىغانلىقىنى كۆرۈۋالغىلى بولىدۇ، شۇڭا چۆكمە تېمپېراتۇرىسى SiC قاپلىمىسىنىڭ مورفولوگىيەسىدە مۇھىم رول ئوينايدۇ. قاپلىمىنىڭ مىكروسكوپ شەكلىدىكى مورفولوگىيەسى قاپلىمىنىڭ زىچلىقىنىڭ ئەڭ ئېنىق ئىپادىسى. شۇڭا، CVD SiC قاپلىمىسىنىڭ مىكروسكوپ شەكلىدىكى مورفولوگىيەسىگە ھەر خىل چۆكمە تېمپېراتۇرىسىنىڭ تەسىرىنى تەتقىق قىلىش كېرەك. MTS SiC قاپلىمىسىنى 900 ~ 1600℃ ئارىلىقىدا پارچىلاپ، چۆكتۈرەلەيدىغان بولغاچقا، بۇ تەجرىبە تېمپېراتۇرىنىڭ CVD-SiC قاپلىمىسىغا تەسىرىنى تەتقىق قىلىش ئۈچۈن SiC قاپلىمىسىنى تەييارلاش ئۈچۈن 900℃، 1000℃، 1100℃، 1200℃ ۋە 1300℃ دىن ئىبارەت بەش چۆكمە تېمپېراتۇرىسىنى تاللايدۇ. كونكرېت پارامېتىرلار 3-جەدۋەلدە كۆرسىتىلدى. 2-رەسىمدە ھەر خىل چۆكمە تېمپېراتۇرىسىدا ئۆستۈرۈلگەن CVD-SiC قاپلىمىسىنىڭ مىكروسكوپ شەكلى كۆرسىتىلدى.

چۆكمە تېمپېراتۇرىسى 900℃ بولغاندا، بارلىق SiC تالا شەكلىگە ئۆزگىرىدۇ. بىر تالانىڭ دىئامېتىرى تەخمىنەن 3.5μm، ئۇنىڭ تەرەپ نىسبىتى تەخمىنەن 3 (<10) ئىكەنلىكىنى كۆرۈۋالغىلى بولىدۇ. ئۇنىڭ ئۈستىگە، ئۇ سانسىز نانو-SiC زەررىچىلىرىدىن تەركىب تاپقان، شۇڭا ئۇ كۆپ كىرىستاللىق SiC قۇرۇلمىسىغا تەۋە بولۇپ، ئەنئەنىۋى SiC نانو سىملىرى ۋە يەككە كىرىستاللىق SiC مۈڭگۈزلىرىدىن پەرقلىنىدۇ. بۇ تالالىق SiC ئەقىلگە سىغمايدىغان جەريان پارامېتىرلىرى سەۋەبىدىن كېلىپ چىققان قۇرۇلما كەمتۈكلۈكى. بۇ SiC قاپلىمىسىنىڭ قۇرۇلمىسى نىسبەتەن بوش ئىكەنلىكىنى، تالالىق SiC ئارىسىدا نۇرغۇن تۆشۈكلەرنىڭ بارلىقىنى ۋە زىچلىقىنىڭ ناھايىتى تۆۋەن ئىكەنلىكىنى كۆرۈۋالغىلى بولىدۇ. شۇڭلاشقا، بۇ تېمپېراتۇرا زىچ SiC قاپلىمىلىرىنى تەييارلاشقا ماس كەلمەيدۇ. ئادەتتە، تالالىق SiC قۇرۇلما كەمتۈكلۈكلىرى چۆكمە تېمپېراتۇرىسىنىڭ بەك تۆۋەن بولۇشىدىن كېلىپ چىقىدۇ. تۆۋەن تېمپېراتۇرىدا، ئاساسىي قاتلامنىڭ يۈزىگە سۈمۈرۈلگەن كىچىك مولېكۇلالارنىڭ ئېنېرگىيەسى تۆۋەن، كۆچۈش ئىقتىدارى ناچار بولىدۇ. شۇڭا، كىچىك مولېكۇلالار SiC دانچىلىرىنىڭ (مەسىلەن، داننىڭ ئۇچى) ئەڭ تۆۋەن يۈزەكى ئەركىن ئېنېرگىيەسىگە كۆچۈپ، ئۆسۈشكە مايىل بولىدۇ. داۋاملىق يۆنىلىشلىك ئۆسۈش ئاخىرىدا تالالىق SiC قۇرۇلمىلىق كەمتۈكلۈكلەرنى شەكىللەندۈرىدۇ.

CVD SiC قاپلىمىسىنى تەييارلاش:

ئالدى بىلەن، گرافىت ئاساسى يۇقىرى تېمپېراتۇرىلىق ۋاكۇئۇم ئوچاققا سېلىنىپ، كۈلنى چىقىرىۋېتىش ئۈچۈن Ar ئاتموسفېراسىدا 1 سائەت 1500℃ تېمپېراتۇرىدا ساقلىنىدۇ. ئاندىن گرافىت بۆلىكى 15x15x5mm چوڭلۇقتىكى بۆلەككە كېسىلىدۇ، ھەمدە گرافىت بۆلىكىنىڭ يۈزى 1200 تورلۇق زىمپار قەغىزى بىلەن سىلىقلىنىپ، SiC نىڭ چۆكمىسىگە تەسىر كۆرسىتىدىغان يۈز تۆشۈكچىلىرىنى يوقىتىدۇ. بىر تەرەپ قىلىنغان گرافىت بۆلىكى سۇسىز ئېتانول ۋە دىستىللانغان سۇ بىلەن يۇيۇلۇپ، ئاندىن 100℃ تېمپېراتۇرىدىكى ئوچاققا سېلىنىپ قۇرۇتۇلىدۇ. ئاخىرىدا، گرافىت ئاساسى SiC چۆكمىسى ئۈچۈن تۇرۇبا شەكىللىك ئوچاقنىڭ ئاساسلىق تېمپېراتۇرا رايونىغا قويۇلىدۇ. خىمىيىلىك پار چۆكمىسى سىستېمىسىنىڭ سىخېماتىك دىئاگراممىسى 1-رەسىمدە كۆرسىتىلدى.

بۇCVD SiC قاپلىمىزەررىچە چوڭلۇقى ۋە زىچلىقىنى تەھلىل قىلىش ئۈچۈن ئېلېكترون مىكروسكوپى ئارقىلىق كۆزىتىلدى. بۇنىڭدىن باشقا، SiC قاپلىمىسىنىڭ چۆكۈش سۈرئىتى تۆۋەندىكى فورمۇلا بويىچە ھېسابلىنىدۇ: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=چۆكمە نىسبىتى؛ m2–سىرلاش ئەۋرىشكىسىنىڭ ماسسىسى (mg); m1–ئاساسلىقنىڭ ماسسىسى (mg); ئاساسىي قاتلامنىڭ S يۈزى (mm2)؛ t-ئېلىش ۋاقتى (h).   CVD-SiC نىسبەتەن مۇرەككەپ بولۇپ، بۇ جەرياننى تۆۋەندىكىدەك خۇلاسىلىغىلى بولىدۇ: يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا، MTS ئىسسىقلىق پارچىلىنىش ئارقىلىق كاربون مەنبەسى ۋە كرېمنىي مەنبەسى كىچىك مولېكۇلالىرىنى ھاسىل قىلىدۇ. كاربون مەنبەسى كىچىك مولېكۇلالىرى ئاساسلىقى CH3، C2H2 ۋە C2H4 نى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ، كرېمنىي مەنبەسى كىچىك مولېكۇلالىرى ئاساسلىقى SiCI2، SiCI3 قاتارلىقلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ؛ بۇ كاربون مەنبەسى ۋە كرېمنىي مەنبەسى كىچىك مولېكۇلالىرى ئاندىن توشۇغۇچى گاز ۋە سۇيۇلدۇرغۇچى گاز ئارقىلىق گرافىت ئاساسىي يۈزىگە يەتكۈزۈلىدۇ، ئاندىن بۇ كىچىك مولېكۇلا ئاساسىي يۈزىدە ئادسوربسىيە شەكلىدە ئادسوربسىيەلىنىدۇ، ئاندىن كىچىك مولېكۇلالار ئارىسىدا خىمىيىلىك رېئاكسىيە يۈز بېرىپ، ئاستا-ئاستا چوڭىيىدىغان كىچىك تامچىلارنى ھاسىل قىلىدۇ، تامچىلارمۇ قوشۇلىدۇ، رېئاكسىيە ئارىلىق قوشۇمچە مەھسۇلاتلار (HCl گازى) نىڭ شەكىللىنىشى بىلەن بىللە بولىدۇ. تېمپېراتۇرا 1000 ℃ غا ئۆرلىگەندە، SiC قاپلىمىسىنىڭ زىچلىقى زور دەرىجىدە ياخشىلىنىدۇ. قاپلىمىنىڭ كۆپ قىسمى SiC دانچىلىرىدىن تەركىب تاپقانلىقىنى (تەخمىنەن 4μm چوڭلۇقتا) كۆرۈۋالغىلى بولىدۇ، ئەمما بەزى تالالىق SiC كەمتۈكلۈكلىرىمۇ بايقالغان، بۇ تېمپېراتۇرىدا يەنىلا SiC نىڭ يۆنىلىشلىك ئۆسۈشى بارلىقىنى، قاپلىمىنىڭ يەنىلا يېتەرلىك زىچ ئەمەسلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. تېمپېراتۇرا 1100 ℃ غا ئۆرلىگەندە، SiC قاپلىمىسىنىڭ ناھايىتى زىچ ئىكەنلىكىنى، تالالىق SiC كەمتۈكلۈكلىرىنىڭ پۈتۈنلەي يوقالغانلىقىنى كۆرگىلى بولىدۇ. قاپلىمى دىئامېتىرى تەخمىنەن 5 ~ 10μm بولغان تامچە شەكىللىك SiC زەررىچىلىرىدىن تەركىب تاپقان بولۇپ، ئۇلار زىچ بىرلەشتۈرۈلگەن. زەررىچىلەرنىڭ يۈزى ناھايىتى قوپال. ئۇ سانسىز نانو كۆلەملىك SiC زەررىچىلىرىدىن تەركىب تاپقان. ئەمەلىيەتتە، 1100 ℃ دىكى CVD-SiC ئۆسۈش جەريانى ماسسا يۆتكىلىشىنى كونترول قىلىشقا باشلىدى. ئاساسىي قاتلام يۈزىگە سۈمۈرۈلگەن كىچىك مولېكۇلا يادرولىشىپ، SiC دانچىلىرىغا ئايلىنىش ئۈچۈن يېتەرلىك ئېنېرگىيە ۋە ۋاقىتقا ئىگە. SiC دانچىلىرى بىردەك چوڭ تامچىلارنى ھاسىل قىلىدۇ. يۈزەكى ئېنېرگىيەنىڭ تەسىرىدە، تامچىلارنىڭ كۆپىنچىسى شار شەكىللىك كۆرۈنىدۇ، تامچىلار زىچ بىرلىشىپ، زىچ SiC قاپلىمىسىنى ھاسىل قىلىدۇ. تېمپېراتۇرا 1200℃ غا ئۆرلىگەندە، SiC قاپلىمىسىمۇ زىچ بولىدۇ، ئەمما SiC شەكلى كۆپ قاتلاملىق بولۇپ، قاپلامنىڭ يۈزى تېخىمۇ قوپال كۆرۈنىدۇ. تېمپېراتۇرا 1300℃ غا ئۆرلىگەندە، گرافىت ئاساسىي تاختىسىنىڭ يۈزىدە دىئامېتىرى تەخمىنەن 3μm بولغان نۇرغۇن دائىملىق شار شەكىللىك زەررىچىلەر بايقالغان. چۈنكى بۇ تېمپېراتۇرىدا، SiC گاز باسقۇچىدىكى يادروغا ئايلانغان، ھەمدە MTS نىڭ پارچىلىنىش سۈرئىتى ناھايىتى تېز. كىچىك مولېكۇلا ئاساسىي تاختىنىڭ يۈزىگە ئادسورباتسىيە قىلىنىشتىن بۇرۇن، SiC دانچىلىرىنى ھاسىل قىلىش ئۈچۈن رېئاكسىيەلەشكەن ۋە يادرولاشقان. دانچىلار شار شەكىللىك زەررىچىلەرنى شەكىللەندۈرگەندىن كېيىن، ئۇلار ئاستىغا چۈشۈپ، ئاخىرىدا زىچلىقى تۆۋەن بولغان بوش SiC زەررىچە قاپلىمىسىنى ھاسىل قىلىدۇ. ئېنىقكى، 1300℃ نى زىچ SiC قاپلىمىسىنىڭ شەكىللىنىش تېمپېراتۇرىسى سۈپىتىدە ئىشلىتىشكە بولمايدۇ. ئومۇميۈزلۈك سېلىشتۇرۇش شۇنى كۆرسىتىدۇكى، ئەگەر زىچ SiC قاپلىمىسىنى تەييارلىماقچى بولسىڭىز، ئەڭ ياخشى CVD چۆكمە تېمپېراتۇرىسى 1100℃.

3-رەسىمدە ھەر خىل چۆكمە تېمپېراتۇرىسىدىكى CVD SiC قاپلىمىلىرىنىڭ چۆكمە سۈرئىتى كۆرسىتىلگەن. چۆكمە تېمپېراتۇرىسى ئاشقانسېرى، SiC قاپلىمىسىنىڭ چۆكمە سۈرئىتى تەدرىجىي تۆۋەنلەيدۇ. 900 سېلسىيە گرادۇستا چۆكمە سۈرئىتى 0.352 mg·h-1/mm2 بولۇپ، تالالارنىڭ يۆنىلىشلىك ئۆسۈشى ئەڭ تېز چۆكمە سۈرئىتىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. ئەڭ يۇقىرى زىچلىققا ئىگە قاپلىمىنىڭ چۆكمە سۈرئىتى 0.179 mg·h-1/mm2. بەزى SiC زەررىچىلىرىنىڭ چۆكمىسى سەۋەبىدىن، 1300 سېلسىيە گرادۇستا چۆكمە سۈرئىتى ئەڭ تۆۋەن بولۇپ، پەقەت 0.027 mg·h-1/mm2.   خۇلاسە: ئەڭ ياخشى CVD چۆكمە تېمپېراتۇرىسى 1100℃. تۆۋەن تېمپېراتۇرا SiC نىڭ يۆنىلىشلىك ئېشىشىنى ئىلگىرى سۈرىدۇ، يۇقىرى تېمپېراتۇرا بولسا SiC نىڭ پار چۆكمىسىنى پەيدا قىلىپ، سىيرەك قاپلاش ھاسىل قىلىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. چۆكمە تېمپېراتۇرىسىنىڭ ئېشىشىغا ئەگىشىپ، چۆكمە سۈرئىتىمۇ تۆۋەنلەيدۇ.CVD SiC قاپلىمىئاستا-ئاستا ئازىيىدۇ.