CVD SiC qoplamasi nima?
Kimyoviy bug 'cho'kishi (CVD) yuqori tozalikdagi qattiq materiallarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan vakuumli cho'kma jarayonidir. Ushbu jarayon ko'pincha yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarish sohasida gofretlar yuzasida nozik plyonkalar hosil qilish uchun ishlatiladi. CVD bilan kremniy karbidini tayyorlash jarayonida substrat bir yoki bir nechta uchuvchi prekursorlarga ta'sir qiladi, ular substrat yuzasida kimyoviy reaksiyaga kirishib, kerakli kremniy karbid konlarini yotqizadi. Kremniy karbid materiallarini tayyorlashning ko'plab usullari orasida kimyoviy bug'larni cho'ktirish orqali tayyorlangan mahsulotlar yuqori bir xillik va tozalikka ega va bu usul kuchli jarayonni boshqarish qobiliyatiga ega. CVD kremniy karbid materiallari mukammal termal, elektr va kimyoviy xususiyatlarning noyob kombinatsiyasiga ega bo'lib, ular yuqori samarali materiallar talab qilinadigan yarimo'tkazgich sanoatida foydalanish uchun juda mos keladi. CVD kremniy karbid komponentlari etching uskunalari, MOCVD uskunalari, Si epitaksial uskunalari va SiC epitaksial uskunalari, tezkor termal ishlov berish uskunalari va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi.
Ushbu maqola tayyorlash jarayonida turli xil texnologik haroratlarda o'stirilgan yupqa plyonkalarning sifatini tahlil qilishga qaratilgan.CVD SiC qoplamasi, eng mos jarayon haroratini tanlash uchun. Tajribada substrat sifatida grafit va reaksiya manbai gaz sifatida triklorometilsilan (MTS) ishlatiladi. SiC qoplamasi past bosimli CVD jarayoni va mikromorfologiya bilan cho'ktiriladiCVD SiC qoplamasiuning strukturaviy zichligini tahlil qilish uchun elektron mikroskopni skanerlash orqali kuzatiladi.
Grafit substratining sirt harorati juda yuqori bo'lganligi sababli, oraliq gaz desorbsiyalanadi va substrat yuzasidan chiqariladi va nihoyat substrat yuzasida qolgan C va Si SiC qoplamasini hosil qilish uchun qattiq faza SiC hosil qiladi. Yuqoridagi CVD-SiC o'sish jarayoniga ko'ra, harorat gazning tarqalishiga, MTSning parchalanishiga, tomchilar hosil bo'lishiga va oraliq gazning desorbsiyasi va ajralishiga ta'sir qilishini ko'rish mumkin, shuning uchun cho'kma harorati SiC qoplamasining morfologiyasida asosiy rol o'ynaydi. Qoplamaning mikroskopik morfologiyasi qoplama zichligining eng intuitiv ko'rinishidir. Shuning uchun CVD SiC qoplamasining mikroskopik morfologiyasiga turli xil cho'kma haroratining ta'sirini o'rganish kerak. MTS SiC qoplamasini 900 ~ 1600 ℃ oralig'ida parchalashi va cho'ktirishi mumkinligi sababli, bu tajriba haroratning CVD qoplamasiga ta'sirini o'rganish uchun SiC qoplamasini tayyorlash uchun 900 ℃, 1000 ℃, 1100 ℃, 1200 ℃ va 1300 ℃ besh cho'kma haroratini tanlaydi. Muayyan parametrlar 3-jadvalda ko'rsatilgan. 2-rasmda turli xil cho'kma haroratida o'stirilgan CVD-SiC qoplamasining mikroskopik morfologiyasi ko'rsatilgan.
Cho'kma harorati 900 ℃ bo'lganda, barcha SiC tolalar shakliga aylanadi. Ko'rinib turibdiki, bitta tolaning diametri taxminan 3,5 mkm, tomonlar nisbati esa taxminan 3 (<10). Bundan tashqari, u son-sanoqsiz nano-SiC zarralaridan iborat, shuning uchun u an'anaviy SiC nanosimlari va bir kristalli SiC mo'ylovlaridan farq qiladigan polikristalli SiC tuzilishiga tegishli. Ushbu tolali SiC asossiz jarayon parametrlari tufayli yuzaga kelgan strukturaviy nuqsondir. Ko'rinib turibdiki, bu SiC qoplamining strukturasi nisbatan yumshoq bo'lib, tolali SiC orasida juda ko'p teshiklar mavjud va zichligi juda past. Shuning uchun bu harorat zich SiC qoplamalarini tayyorlash uchun mos emas. Odatda, tolali SiC strukturaviy nuqsonlar juda past cho'kma harorati tufayli yuzaga keladi. Past haroratlarda substrat yuzasida adsorbsiyalangan kichik molekulalar kam energiya va zaif migratsiya qobiliyatiga ega. Shuning uchun kichik molekulalar ko'chib o'tishga moyil bo'lib, SiC donalarining eng past erkin energiyasiga (masalan, donning uchi) o'sadi. Doimiy yo'nalishli o'sish oxir-oqibat tolali SiC strukturaviy nuqsonlarni hosil qiladi.
CVD SiC qoplamasini tayyorlash:
Birinchidan, grafit substrati yuqori haroratli vakuumli pechga joylashtiriladi va kulni olib tashlash uchun Ar atmosferasida 1500 ℃ da 1 soat davomida saqlanadi. Keyin grafit bloki 15x15x5 mm blokga kesiladi va SiC ning cho'kishiga ta'sir qiluvchi sirt g'ovaklarini yo'q qilish uchun grafit blokining yuzasi 1200 ko'zli zımpara bilan silliqlanadi. Qayta ishlangan grafit bloki suvsiz etanol va distillangan suv bilan yuviladi, so'ngra quritish uchun 100 ℃ da pechga qo'yiladi. Nihoyat, grafit substrati SiC cho'kishi uchun quvurli pechning asosiy harorat zonasiga joylashtiriladi. Kimyoviy bug 'cho'ktirish tizimining sxematik diagrammasi 1-rasmda ko'rsatilgan.
TheCVD SiC qoplamasizarrachalar hajmi va zichligini tahlil qilish uchun elektron mikroskop yordamida kuzatilgan. Bundan tashqari, SiC qoplamasining cho'kish tezligi quyidagi formula bo'yicha hisoblab chiqilgan: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Depozit tezligi; m2–qoplama namunasining massasi (mg); m1 – substratning massasi (mg); Substratning S-sirt maydoni (mm2); t-cho'kish vaqti (h). CVD-SiC nisbatan murakkab va jarayonni quyidagicha umumlashtirish mumkin: yuqori haroratda MTS uglerod manbai va kremniy manbai kichik molekulalarni hosil qilish uchun termal parchalanishga uchraydi. Uglerod manbai kichik molekulalari asosan CH3, C2H2 va C2H4 ni o'z ichiga oladi va kremniy manbai kichik molekulalar asosan SiCI2, SiCI3 va boshqalarni o'z ichiga oladi; Bu uglerod manbai va kremniy manbasi kichik molekulalar keyinchalik tashuvchi gaz va suyultiruvchi gaz orqali grafit substratining yuzasiga ko'chiriladi va keyin bu kichik molekulalar substrat yuzasida adsorbsiya shaklida adsorbsiyalanadi va keyin kichik molekulalar o'rtasida kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'lib, kichik tomchilar hosil qiladi va reaktsiya ham asta-sekin o'sib boradi. oraliq qo'shimcha mahsulotlar (HCl gaz) hosil bo'lishi bilan birga; Harorat 1000 ℃ ga ko'tarilganda, SiC qoplamasining zichligi sezilarli darajada yaxshilanadi. Ko'rinib turibdiki, qoplamaning katta qismi SiC donalaridan tashkil topgan (taxminan 4 mkm), lekin ba'zi tolali SiC nuqsonlari ham topilgan, bu esa bu haroratda SiC ning yo'nalishli o'sishi hali ham mavjudligini ko'rsatadi va qoplama hali ham etarlicha zich emas. Harorat 1100 ℃ ga ko'tarilganda, SiC qoplamasi juda zich ekanligini va tolali SiC nuqsonlari butunlay yo'qolganini ko'rish mumkin. Qoplama diametri taxminan 5 ~ 10 mkm bo'lgan tomchi shaklidagi SiC zarralaridan iborat bo'lib, ular mahkam birlashtirilgan. Zarrachalar yuzasi juda qo'pol. U son-sanoqsiz nano-miqyosdagi SiC donalaridan iborat. Darhaqiqat, 1100 ℃ da CVD-SiC o'sish jarayoni ommaviy uzatish nazorati ostida bo'ldi. Substrat yuzasida adsorbsiyalangan kichik molekulalar yadro hosil qilish va SiC donalariga aylanishi uchun etarli energiya va vaqtga ega. SiC donalari bir xilda katta tomchilarni hosil qiladi. Sirt energiyasi ta'sirida tomchilarning aksariyati sharsimon bo'lib ko'rinadi va tomchilar zich SiC qoplamasini hosil qilish uchun mahkam birlashadi. Harorat 1200 ℃ ga ko'tarilganda, SiC qoplamasi ham zich bo'ladi, lekin SiC morfologiyasi ko'p qirrali bo'ladi va qoplama yuzasi qo'polroq ko'rinadi. Harorat 1300 ℃ ga ko'tarilganda, grafit substratining yuzasida diametri taxminan 3 mkm bo'lgan juda ko'p miqdordagi muntazam sharsimon zarrachalar topiladi. Buning sababi shundaki, bu haroratda SiC gaz fazasi yadrolanishiga aylandi va MTSning parchalanish tezligi juda tez. Kichik molekulalar substrat yuzasida adsorbsiyalanishidan oldin SiC donalarini hosil qilish uchun reaksiyaga kirishgan va yadrolangan. Donalar sharsimon zarrachalarni hosil qilgandan so'ng, ular pastga tushadi, natijada zichligi past bo'lgan bo'shashgan SiC zarracha qoplamasi paydo bo'ladi. Shubhasiz, 1300 ℃ zich SiC qoplamasining hosil bo'lish harorati sifatida foydalanish mumkin emas. Keng qamrovli taqqoslash shuni ko'rsatadiki, agar zich SiC qoplamasi tayyorlansa, optimal CVD cho'kma harorati 1100 ℃.
3-rasmda CVD SiC qoplamalarining turli yotqizish haroratida cho'kish tezligi ko'rsatilgan. Cho'kma harorati oshishi bilan SiC qoplamasining cho'kish tezligi asta-sekin kamayadi. 900 ° S da cho'kish tezligi 0,352 mg · h-1 / mm2 ni tashkil qiladi va tolalarning yo'nalishli o'sishi eng tez cho'kish tezligiga olib keladi. Eng yuqori zichlikka ega bo'lgan qoplamaning cho'kish tezligi 0,179 mg · h-1 / mm2 ni tashkil qiladi. Ba'zi SiC zarralarining cho'kishi tufayli 1300 ° S da cho'kish tezligi eng past, faqat 0,027 mg·h-1/mm2. Xulosa: CVD cho'kmasining eng yaxshi harorati 1100 ℃. Past harorat SiC ning yo'nalishli o'sishiga yordam beradi, yuqori harorat esa SiC bug 'birikmasini hosil qiladi va siyrak qoplamaga olib keladi. Cho'kma haroratining oshishi bilan cho'kish tezligiCVD SiC qoplamasiasta-sekin kamayadi.
Xabar vaqti: 26-may 2025-yil