ווירקונג פון פאַרשידענע טעמפּעראַטורן אויף דעם וווּקס פון CVD SiC קאָוטינג

וואָס איז CVD SiC קאָוטינג?

כעמישע פארע דעפאזיציע (CVD) איז א וואקיום דעפאזיציע פראצעס גענוצט צו פראדוצירן הויך-ריינקייט הארטע מאטעריאלן. דער פראצעס ווערט אפט גענוצט אין דעם האלב-קאנדוקטאר פאבריקאציע פעלד צו פארמירן דינע פילמען אויף דער ייבערפלאך פון וועיפערס. אין דעם פראצעס פון צוגרייטן סיליקאן קארבייד דורך CVD, ווערט דער סאַבסטראַט אויסגעשטעלט צו איין אדער מער וואלאטילע פארגייער, וועלכע רעאגירן כעמיש אויף דער ייבערפלאך פון דעם סאַבסטראַט צו דעפאזירן די געוואונטשענע סיליקאן קארבייד דעפאזיטן. צווישן די פילע מעטאדן פאר צוגרייטן סיליקאן קארבייד מאטעריאלן, האבן די פראדוקטן צוגעגרייט דורך כעמישע פארע דעפאזיציע העכערע איינהייטלעכקייט און ריינקייט, און דער מעטאד האט א שטארקע פראצעס קאנטראלירבארקייט. CVD סיליקאָן קאַרבייד מאַטעריאַלן האָבן אַ יינציקע קאָמבינאַציע פון ​​ויסגעצייכנטע טערמישע, עלעקטרישע און כעמישע אייגנשאַפטן, וואָס מאַכט זיי זייער פּאַסיק פֿאַר נוצן אין דער האַלב-קאָנדוקטאָר אינדוסטריע, וואו הויך-פאָרשטעלונג מאַטעריאַלן זענען פארלאנגט. CVD סיליקאָן קאַרבייד קאָמפּאָנענטן ווערן ברייט געניצט אין עטשינג ויסריכט, MOCVD ויסריכט, Si עפּיטאַקסיאַל ויסריכט און SiC עפּיטאַקסיאַל ויסריכט, שנעלע טערמישע פּראַסעסינג ויסריכט און אַנדערע פעלדער.

דיזער אַרטיקל פֿאָקוסירט אויף אַנאַליזירן די קוואַליטעט פֿון דין פֿילמען וואָס וואַקסן ביי פֿאַרשידענע פּראָצעס טעמפּעראַטורן בעת ​​דער צוגרייטונג פֿוןCVD SiC קאָוטינג, כדי אויסצוקלײַבן די מערסט פּאַסיקע פּראָצעס טעמפּעראַטור. דער עקספּערימענט ניצט גראַפֿיט ווי דער סאַבסטראַט און טריטשלאָראָמעטילסילאַן (MTS) ווי דער רעאַקציע מקור גאַז. די SiC קאָוטינג ווערט אָפּגעלייגט דורך נידעריק-דרוק CVD פּראָצעס, און די מיקראָמאָרפֿאָלאָגיע פֿון דערCVD SiC קאָוטינגווערט באמערקט דורך סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע צו אַנאַליזירן זיין סטרוקטורעל געדיכטקייט.

ווייל די ייבערפלאך טעמפּעראַטור פון די גראַפיט סאַבסטראַט איז זייער הויך, וועט דער צווישן גאַז דעסאָרבירט און אַרויסגעלאָזט ווערן פון דער סאַבסטראַט ייבערפלאַך, און צום סוף וועלן די C און Si וואָס בלייבן אויף דער סאַבסטראַט ייבערפלאַך פאָרמירן האַרטע פאַזע SiC צו פאָרמירן SiC קאָוטינג. לויט דעם אויבן דערמאנטן CVD-SiC וווּקס פּראָצעס, קען מען זען אַז טעמפּעראַטור וועט ווירקן די דיפוזיע פון ​​גאַז, די דעקאָמפּאָזיציע פון ​​MTS, די פאָרמירונג פון טראָפּלעך און די דעסאָרפּציע און אַרויסלאָז פון צווישן גאַז, אַזוי וועט די דעפּאָזיציע טעמפּעראַטור שפּילן אַ שליסל ראָלע אין דער מאָרפאָלאָגיע פון ​​SiC קאָוטינג. די מיקראָסקאָפּישע מאָרפאָלאָגיע פון ​​דער קאָוטינג איז די מערסט אינטואיטיווע מאַניפעסטאַציע פון ​​דער געדיכטקייט פון דער קאָוטינג. דעריבער, איז עס נייטיק צו שטודירן די ווירקונג פון פאַרשידענע דעפּאָזיציע טעמפּעראַטורן אויף די מיקראָסקאָפּישע מאָרפאָלאָגיע פון ​​CVD SiC קאָוטינג. ווייל MTS קען דעקאָמפּאָזירן און אַוועקלייגן SiC קאָוטינג צווישן 900~1600℃, סעלעקטירט דעם עקספּערימענט פינף דעפּאָזיציע טעמפּעראַטורן פון 900℃, 1000℃, 1100℃, 1200℃ און 1300℃ פֿאַר דער צוגרייטונג פון SiC קאָוטינג צו שטודירן די ווירקונג פון טעמפּעראַטור אויף CVD-SiC קאָוטינג. די ספּעציפֿישע פּאַראַמעטערס ווערן געוויזן אין טאַבעלע 3. פֿיגור 2 ווײַזט די מיקראָסקאָפּישע מאָרפֿאָלאָגיע פֿון CVD-SiC קאָוטינג וואָס איז געוואַקסן בײַ פֿאַרשידענע דעפּאָזיציע טעמפּעראַטורן.

ווען די דעפּאָזיציע טעמפּעראַטור איז 900℃, וואַקסט אַלע SiC אין פייבער פֿאָרמען. מען קען זען אַז דער דיאַמעטער פֿון אַן איינציקער פייבער איז אַרום 3.5μm, און איר אַספּעקט פאַרהעלטעניש איז אַרום 3 (<10). דערצו, עס איז צוזאַמענגעשטעלט פֿון אומצאָליקע נאַנאָ-SiC פּאַרטיקלען, אַזוי עס געהערט צו אַ פּאָליקריסטאַלין SiC סטרוקטור, וואָס איז אַנדערש פֿון די טראַדיציאָנעלע SiC נאַנאָדראָטן און איינציק-קריסטאַל SiC וויסקאָרן. דער פֿיבראָזער SiC איז אַ סטרוקטורעלער דעפֿעקט געפֿירט דורך אומגלייכבארע פּראָצעס פּאַראַמעטערס. מען קען זען אַז די סטרוקטור פֿון דעם SiC קאָוטינג איז רעלאַטיוו לויז, און עס זענען אַ גרויסע צאָל פּאָרן צווישן דעם פֿיבראָזיקן SiC, און די געדיכטקייט איז זייער נידעריק. דעריבער, איז די טעמפּעראַטור נישט פּאַסיק פֿאַר דער צוגרייטונג פֿון געדיכטע SiC קאָוטינגז. געוויינטלעך, פֿיבראָזער SiC סטרוקטורעלע דעפֿעקטן ווערן געפֿירט דורך אַ צו נידעריקע דעפּאָזיציע טעמפּעראַטור. ביי נידעריקע טעמפּעראַטורן, האָבן די קליינע מאַלעקולן וואָס זענען אַדסאָרבירט אויף דער ייבערפֿלאַך פֿון דעם סאַבסטראַט נידעריקע ענערגיע און אַ שלעכטע מיגראַציע מעגלעכקייט. דעריבער, קליינע מאַלעקולן טענדירן צו מיגרירן און וואַקסן צו דער נידעריקסטער ייבערפֿלאַך פֿרייער ענערגיע פֿון SiC קערלעך (אַזאַ ווי די שפּיץ פֿון קערלעך). קאנטינעווער ריכטונגס-וואוקס פארמירט עווענטועל פיבראזע SiC סטרוקטורעלע חסרונות.

צוגרייטונג פון CVD SiC קאָוטינג:

ערשטנס, ווערט דער גראַפיט סאַבסטראַט געשטעלט אין אַ הויך-טעמפּעראַטור וואַקוום אויוון און געהאלטן ביי 1500℃ פֿאַר 1 שעה אין אַן אַריד אַטמאָספער צו באַזייַטיקן אַש. דערנאָך ווערט דער גראַפיט בלאָק געשניטן אין אַ בלאָק פון 15x15x5 מם, און די ייבערפלאַך פון דעם גראַפיט בלאָק ווערט פּאָלירט מיט 1200-מעש זאַמדפּאַפּער צו עלימינירן די ייבערפלאַך פּאָרעס וואָס ווירקן די דעפּאָזיציע פון ​​SiC. דער באַהאַנדלטער גראַפיט בלאָק ווערט געוואַשן מיט אַנהידראָוס עטאַנאָל און דיסטילירט וואַסער, און דערנאָך געשטעלט אין אַן אויוון ביי 100℃ פֿאַר טריקעניש. צום סוף, ווערט דער גראַפיט סאַבסטראַט געשטעלט אין דער הויפּט טעמפּעראַטור זאָנע פון ​​דעם טובולאַר אויוון פֿאַר SiC דעפּאָזיציע. די סכעמאַטישע דיאַגראַמע פון ​​דער כעמישער פארע דעפּאָזיציע סיסטעם איז געוויזן אין פיגור 1.

דיCVD SiC קאָוטינגאיז באמערקט געוואָרן דורך סקאַנינג עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע צו אַנאַליזירן זיין פּאַרטיקל גרייס און געדיכטקייט. אין דערצו, די דעפּאָזיציע קורס פון די SiC קאָוטינג איז קאַלקיאַלייטיד לויט די פאלגענדע פאָרמולע: VSiC=(m2-m1)/(Sxt)x100% VSiC=דעפאזיציע ראטע; מ2–מאַסע פון ​​קאָוטינג מוסטער (מג); m1–מאַסע פֿון דעם סאַבסטראַט (מג); S-איבערפלאַך שטח פון דעם סאַבסטראַט (מם²); ט - די דעפּאָזיציע צייט (ש).   CVD-SiC איז רעלאטיוו קאמפליצירט, און דער פראצעס קען צוזאמענגענומען ווערן ווי פאלגנד: ביי הויכע טעמפעראטור, וועט MTS דורכגיין טערמישע דעקאמפאזיציע צו פארמירן קליינע קוילן-קוואל און סיליקאן-קוואל קליינע מאלעקולן. די קליינע קוילן-קוואל קליינע מאלעקולן שליסן בעיקר איין CH3, C2H2 און C2H4, און די קליינע סיליקאן-קוואל קליינע מאלעקולן שליסן בעיקר איין SiCI2, SiCI3, א.א.וו.; די קליינע קוילן-קוואל און סיליקאן-קוואל קליינע מאלעקולן וועלן דאן טראנספארטירט ווערן צו דער ייבערפלאך פון דעם גראפיט-סאבסטראט דורך דעם טרעגער גאז און דעם פארדיןער גאז, און דאן וועלן די קליינע מאלעקולן אדסארבירט ווערן אויף דער ייבערפלאך פון דעם סאבסטראט אין דער פארעם פון אדסארבציע, און דאן וועלן כעמישע רעאקציעס פארקומען צווישן די קליינע מאלעקולן צו פארמירן קליינע טראפלעך וואס וואקסן ביסלעכווייז, און די טראפלעך וועלן אויך צוזאמענגיין, און די רעאקציע וועט באגלייט ווערן מיט דער פארמירונג פון צווישן-פראדוקטן (HCl גאז); ווען די טעמפּעראַטור שטייגט צו 1000 ℃, ווערט די געדיכטקייט פון דער SiC באַדעקונג שטאַרק פֿאַרבעסערט. מען קען זען אַז רובֿ פֿון דער באַדעקונג איז צוזאַמענגעשטעלט פֿון SiC קערלעך (אומגעפֿער 4μm אין גרייס), אָבער עס ווערן אויך געפֿונען עטלעכע פֿײַבראָזע SiC חסרונות, וואָס ווײַזט אַז עס איז נאָך דאָ אַ ריכטונגס-וואוקס פֿון SiC בײַ דער טעמפּעראַטור, און די באַדעקונג איז נאָך אַלץ נישט גענוג געדיכט. ווען די טעמפּעראַטור שטייגט צו 1100 ℃, קען מען זען אַז די SiC באַדעקונג איז זייער געדיכט, און די פֿײַבראָזע SiC חסרונות זענען גאָר פֿאַרשוואונדן. די באַדעקונג איז צוזאַמענגעשטעלט פֿון טראָפּן-פֿאָרמיקע SiC פּאַרטיקלען מיט אַ דיאַמעטער פֿון אומגעפֿער 5~10μm, וואָס זענען פֿעסט פֿאַרבונדן. די ייבערפֿלאַך פֿון די פּאַרטיקלען איז זייער גראָב. עס איז צוזאַמענגעשטעלט פֿון אומצאָליקע נאַנאָ-וואָג SiC קערלעך. אין פֿאַקט, דער CVD-SiC וואוקס פּראָצעס בײַ 1100 ℃ איז געוואָרן מאַסע-טראַנספֿער קאָנטראָלירט. די קליינע מאָלעקולן וואָס זענען אַדסאָרבירט אויף דער ייבערפֿלאַך פֿון דעם סאַבסטראַט האָבן גענוג ענערגיע און צײַט צו נוקלעאַטירן און וואַקסן אין SiC קערלעך. די SiC קערלעך פֿאָרמען גלײַך גרויסע טראָפּלען. אונטער דער אַקציע פון ​​ייבערפלאַך ענערגיע, דערשייַנען רובֿ פון די טראָפּלעך ספעריש, און די טראָפּלעך זענען ענג קאַמביינד צו פאָרעם אַ געדיכטע SiC קאָוטינג. ווען די טעמפּעראַטור שטייגט צו 1200℃, איז די SiC באַדעקונג אויך געדיכט, אָבער די SiC מאָרפאָלאָגיע ווערט מולטי-רידזשד און די ייבערפלאַך פון דער באַדעקונג דערשיינט גראָבער. ווען די טעמפּעראַטור שטייגט צו 1300℃, געפינט מען אַ גרויסע צאָל רעגולערע ספערישע פּאַרטיקלען מיט אַ דיאַמעטער פון בערך 3μm אויף דער ייבערפלאַך פון דעם גראַפיט סאַבסטראַט. דאָס איז ווײַל בײַ דער טעמפּעראַטור איז SiC פארוואנדלט געוואָרן אין גאַז-פאַזע נוקלעאַציע, און די MTS דעקאָמפּאָזיציע ראַטע איז זייער שנעל. קליינע מאָלעקולן האָבן רעאַגירט און נוקלעירט צו פאָרמירן SiC קערלעך איידער זיי ווערן אַדסאָרבירט אויף דער סאַבסטראַט ייבערפלאַך. נאָכדעם וואָס די קערלעך פאָרמירן ספערישע פּאַרטיקלען, וועלן זיי פאַלן אַראָפּ, וואָס וועט עווענטועל רעזולטירן אין אַ לויזן SiC פּאַרטיקל באַדעקונג מיט אַ שלעכטער געדיכטקייט. קלאָר, 1300℃ קען נישט ווערן גענוצט ווי די פאָרמירונג טעמפּעראַטור פון אַ געדיכטער SiC באַדעקונג. אַן אויספירלעכער פאַרגלייַך ווײַזט אַז אויב מען וויל צוגרייטן אַ געדיכטער SiC באַדעקונג, איז די אָפּטימאַלע CVD דעפּאָזיציע טעמפּעראַטור 1100℃.

פיגור 3 ווייזט די דעפאזיציע ראטע פון ​​CVD SiC באדעקונגען ביי פארשידענע דעפאזיציע טעמפעראטורן. ווי די דעפאזיציע טעמפעראטור וואקסט, די דעפאזיציע ראטע פון ​​די SiC באדעקונג פארמינערט זיך ביסלעכווייז. די דעפאזיציע ראטע ביי 900°C איז 0.352 מג·ה-1/ממ2, און די ריכטונגס וואוקס פון די פיבערס פירט צו די שנעלסטע דעפאזיציע ראטע. די דעפאזיציע ראטע פון ​​די באדעקונג מיט די העכסטע געדיכטקייט איז 0.179 מג·ה-1/ממ2. צוליב די דעפאזיציע פון ​​עטלעכע SiC פארטיקלען, די דעפאזיציע ראטע ביי 1300°C איז די נידריגסטע, נאר 0.027 מג·ה-1/ממ2.   מסקנא: די בעסטע CVD דעפּאָזיציע טעמפּעראַטור איז 1100℃. נידעריקע טעמפּעראַטור פּראָמאָווירט דעם ריכטונגס-וואוקס פון SiC, בשעת הויכע טעמפּעראַטור פאַראורזאַכט SiC צו פּראָדוצירן פארע-דעפּאָזיציע און רעזולטירן אין אַ דין קאָוטינג. מיטן פאַרגרעסערן די דעפּאָזיציע טעמפּעראַטור, די דעפּאָזיציע ראַטע פוןCVD SiC קאָוטינגביסלעכווייַז פאַרקלענערט זיך.