CVD SiC qoplamasi nima?
Kimyoviy bug' bilan cho'ktirish (KBCh) - bu yuqori tozalikdagi qattiq materiallarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan vakuumli cho'ktirish jarayoni. Bu jarayon ko'pincha yarimo'tkazgichlar ishlab chiqarish sohasida plastinkalar yuzasida yupqa plyonkalar hosil qilish uchun qo'llaniladi. KBCH yordamida kremniy karbidini tayyorlash jarayonida substrat bir yoki bir nechta uchuvchan prekursorlarga duchor bo'ladi, ular substrat yuzasida kimyoviy reaksiyaga kirishib, kerakli kremniy karbid konlarini hosil qiladi. Kremniy karbid materiallarini tayyorlashning ko'plab usullari orasida kimyoviy bug' bilan cho'ktirish orqali tayyorlangan mahsulotlar yuqori bir xillik va tozalikka ega va bu usul kuchli jarayonni boshqarish qobiliyatiga ega. CVD kremniy karbid materiallari ajoyib issiqlik, elektr va kimyoviy xususiyatlarning noyob kombinatsiyasiga ega, bu ularni yuqori samarali materiallar talab qilinadigan yarimo'tkazgichlar sanoatida foydalanish uchun juda mos qiladi. CVD kremniy karbid komponentlari o'ymakorlik uskunalari, MOCVD uskunalari, Si epitaksial uskunalari va SiC epitaksial uskunalari, tez issiqlik bilan ishlov berish uskunalari va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi.
Ushbu maqola tayyorlash jarayonida turli jarayon haroratida yetishtirilgan yupqa plyonkalarning sifatini tahlil qilishga qaratilgan.CVD SiC qoplamasi, eng mos jarayon haroratini tanlash uchun. Tajribada substrat sifatida grafit va reaksiya manbai gazi sifatida trixlorometilsilan (MTS) ishlatiladi. SiC qoplamasi past bosimli CVD jarayoni orqali cho'ktiriladi va mikromorfologiyasiCVD SiC qoplamasiuning strukturaviy zichligini tahlil qilish uchun skanerlovchi elektron mikroskopiya yordamida kuzatiladi.
Grafit substratining sirt harorati juda yuqori bo'lgani uchun, oraliq gaz desorbsiyalanadi va substrat yuzasidan chiqariladi va nihoyat substrat yuzasida qolgan C va Si qattiq fazali SiC hosil qilib, SiC qoplamasini hosil qiladi. Yuqoridagi CVD-SiC o'sish jarayoniga ko'ra, harorat gazning tarqalishiga, MTSning parchalanishiga, tomchilarning shakllanishiga va oraliq gazning desorbsiyasi va chiqarilishiga 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 namoyonidir. Shuning uchun, CVD SiC qoplamasining mikroskopik morfologiyasiga turli cho'kma haroratining ta'sirini o'rganish kerak. MTS SiC qoplamasini 900 ~ 1600℃ oralig'ida parchalab, cho'ktirishi mumkinligi sababli, ushbu tajriba haroratning CVD-SiC qoplamasiga ta'sirini o'rganish uchun SiC qoplamasini tayyorlash uchun 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ va 1300℃ bo'lgan beshta cho'kma haroratini tanlaydi. Maxsus parametrlar 3-jadvalda keltirilgan. 2-rasmda turli xil cho'kma haroratlarida o'stirilgan CVD-SiC qoplamasining mikroskopik morfologiyasi ko'rsatilgan.
Cho'kma harorati 900℃ bo'lganda, barcha SiC tola shakllariga o'sadi. Ko'rinib turibdiki, bitta tolaning diametri taxminan 3,5 μm va uning tomonlar nisbati taxminan 3 (<10) ga teng. Bundan tashqari, u son-sanoqsiz nano-SiC zarralaridan iborat, shuning uchun u an'anaviy SiC nanosimlari va bitta kristalli SiC mo'ylovlaridan farq qiluvchi polikristalli SiC tuzilishiga tegishli. Bu tolali SiC asossiz jarayon parametrlari tufayli yuzaga keladigan strukturaviy nuqsondir. Ko'rinib turibdiki, bu SiC qoplamasining tuzilishi nisbatan bo'shashgan va tolali SiC orasida ko'p sonli teshiklar mavjud va zichlik juda past. Shuning uchun bu harorat zich SiC qoplamalarini tayyorlash uchun mos emas. Odatda, tolali SiC strukturaviy nuqsonlari juda past cho'kma harorati tufayli yuzaga keladi. Past haroratlarda substrat yuzasida adsorbsiyalangan kichik molekulalar past energiyaga va yomon migratsiya qobiliyatiga ega. Shuning uchun kichik molekulalar SiC donalarining (masalan, donaning uchi) eng past sirt erkin energiyasiga ko'chib o'tishga va o'sishga moyil bo'ladi. Doimiy yo'nalishli o'sish oxir-oqibat tolali SiC strukturaviy nuqsonlarini hosil qiladi.
CVD SiC qoplamasini tayyorlash:
Birinchidan, grafit substrati yuqori haroratli vakuumli pechga joylashtiriladi va kulni olib tashlash uchun Ar atmosferasida 1 soat davomida 1500℃ da saqlanadi. Keyin grafit bloki 15x15x5 mm o'lchamdagi blokga kesiladi va grafit blokining yuzasi SiC cho'kishiga ta'sir qiluvchi sirt teshiklarini yo'qotish uchun 1200 meshli zımpara bilan sayqallanadi. Qayta ishlangan grafit bloki suvsiz etanol va distillangan suv bilan yuviladi va keyin 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 qoplamasizarracha hajmi va zichligini tahlil qilish uchun skanerlovchi elektron mikroskopiya yordamida kuzatildi. Bundan tashqari, SiC qoplamasining cho'kish tezligi quyidagi formula bo'yicha hisoblab chiqildi: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=Choklanish tezligi; m2–qoplama namunasining massasi (mg); m1–substratning massasi (mg); S-substratning sirt maydoni (mm2); t-cho'ktirish vaqti (soat). CVD-SiC nisbatan murakkab va jarayonni quyidagicha umumlashtirish mumkin: yuqori haroratda MTS uglerod manbai va kremniy manbai kichik molekulalarini hosil qilish uchun termal parchalanishdan o'tadi. Uglerod manbai kichik molekulalari asosan CH3, C2H2 va C2H4 ni o'z ichiga oladi va kremniy manbai kichik molekulalari asosan SiCI2, SiCI3 va boshqalarni o'z ichiga oladi; bu uglerod manbai va kremniy manbai kichik molekulalari keyin tashuvchi gaz va suyultiruvchi gaz orqali grafit substrati yuzasiga ko'chiriladi va keyin bu kichik molekulalar substrat yuzasida adsorbsiya shaklida adsorbsiyalanadi va keyin kichik molekulalar o'rtasida kimyoviy reaksiyalar sodir bo'lib, asta-sekin o'sib boradigan kichik tomchilarni hosil qiladi va tomchilar ham birlashadi va reaksiya oraliq qo'shimcha mahsulotlar (HCl gazi) hosil bo'lishi bilan birga keladi; Harorat 1000 ℃ ga ko'tarilganda, SiC qoplamasining zichligi sezilarli darajada yaxshilanadi. Qoplamaning katta qismi SiC donalaridan (taxminan 4 μm o'lchamda) iborat ekanligini ko'rish mumkin, ammo ba'zi tolali SiC nuqsonlari ham mavjud, bu esa bu haroratda SiC ning yo'nalishli o'sishi hali ham mavjudligini va qoplama hali ham yetarlicha zich emasligini ko'rsatadi. 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 μm bo'lgan tomchi shaklidagi SiC zarralaridan iborat bo'lib, ular mahkam birlashtirilgan. Zarrachalar yuzasi juda qo'pol. U son-sanoqsiz nano-o'lchamli SiC donalaridan iborat. Aslida, 1100 ℃ da CVD-SiC o'sish jarayoni massa uzatishni nazorat qilish imkoniyatiga ega bo'ldi. Substrat yuzasida adsorbsiyalangan kichik molekulalar yadrolanish va SiC donalariga o'sishi uchun yetarli energiya va vaqtga ega. SiC donalari bir tekisda katta tomchilarni hosil qiladi. Sirt energiyasi ta'sirida tomchilarning aksariyati sharsimon ko'rinadi va tomchilar zich SiC qoplamasini hosil qilish uchun mahkam birlashadi. Harorat 1200℃ ga ko'tarilganda, SiC qoplamasi ham zich bo'ladi, ammo SiC morfologiyasi ko'p qirrali bo'lib, qoplama yuzasi qo'polroq ko'rinadi. Harorat 1300℃ ga ko'tarilganda, grafit substrati yuzasida diametri taxminan 3μm bo'lgan ko'p miqdordagi muntazam sharsimon zarrachalar topiladi. Buning sababi, bu haroratda SiC gaz fazasi yadrolanishiga aylanadi va MTS parchalanish tezligi juda tez. Kichik molekulalar substrat yuzasida adsorbsiyalanishdan oldin SiC donalarini hosil qilish uchun reaksiyaga kirishadi va yadrolanadi. Donachalar sharsimon zarrachalarni hosil qilgandan so'ng, ular pastga tushadi va natijada zichligi past bo'lgan bo'shashgan SiC zarracha qoplamasi hosil bo'ladi. Shubhasiz, 1300℃ zich SiC qoplamasining hosil bo'lish harorati sifatida ishlatilishi mumkin emas. Keng qamrovli taqqoslash shuni ko'rsatadiki, agar zich SiC qoplamasi tayyorlanishi kerak bo'lsa, optimal CVD cho'ktirish harorati 1100℃ dir.
3-rasmda turli xil cho'kma haroratlarida CVD SiC qoplamalarining cho'kma tezligi ko'rsatilgan. Cho'kma harorati oshgani sayin, SiC qoplamasining cho'kma tezligi asta-sekin pasayadi. 900°C da cho'kma tezligi 0,352 mg·h-1/mm2 ni tashkil qiladi va tolalarning yo'nalishli o'sishi eng tez cho'kma tezligiga olib keladi. Eng yuqori zichlikka ega qoplamaning cho'kma tezligi 0,179 mg·h-1/mm2 ni tashkil qiladi. Ba'zi SiC zarrachalarining cho'kishi tufayli 1300°C da cho'kma tezligi eng past, atigi 0,027 mg·h-1/mm2 ni tashkil qiladi. Xulosa: Eng yaxshi CVD cho'kma harorati 1100℃. Past harorat SiC ning yo'nalishli o'sishini rag'batlantiradi, yuqori harorat esa SiC ning bug' cho'kmasini hosil qilishiga va siyrak qoplamaga olib kelishiga olib keladi. Cho'kma haroratining oshishi bilan cho'kma tezligiCVD SiC qoplamasiasta-sekin kamayadi.
Nashr vaqti: 2025-yil 26-may