1. Kirish
O'nlab yillar davomida olib borilgan tadqiqotlarga qaramay, kremniy substratlarida yetishtirilgan heteroepitaksial 3C-SiC sanoat elektron ilovalari uchun hali etarli kristal sifatiga erisha olmadi. O'sish odatda Si (100) yoki Si (111) substratlarida amalga oshiriladi, ularning har biri alohida qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi: (100) uchun fazaga qarshi domenlar va (111) uchun yorilish. [111]-yo'naltirilgan filmlar kamaytirilgan nuqson zichligi, yaxshilangan sirt morfologiyasi va past kuchlanish kabi istiqbolli xususiyatlarni namoyish etsa-da, (110) va (211) kabi muqobil yo'nalishlar hali ham o'rganilmagan. Mavjud ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, optimal o'sish sharoitlari yo'nalishga xos bo'lishi mumkin, bu tizimli tekshirishni murakkablashtiradi. Shunisi e'tiborga loyiqki, 3C-SiC heteroepitaksi uchun yuqori Miller indeksli Si substratlaridan (masalan, (311), (510)) foydalanish hech qachon xabar qilinmagan va bu orientatsiyaga bog'liq o'sish mexanizmlari bo'yicha kashfiyot tadqiqotlari uchun katta joy qoldiradi.
2. Eksperimental
3C-SiC qatlamlari SiH4/C3H8/H2 kashshof gazlari yordamida atmosfera bosimidagi kimyoviy bug'larni cho'ktirish (CVD) orqali yotqizilgan. Substratlar turli yo'nalishlarga ega 1 sm² Si gofret edi: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) va (995). Barcha substratlar eksa ustida edi, bundan mustasno (100), bu erda 2 ° kesilgan gofretlar qo'shimcha ravishda sinovdan o'tkazildi. O'sishdan oldin tozalash metanolda ultratovushli yog'sizlantirishni o'z ichiga oladi. O'sish protokoli 1000 ° C da H2 tavlanishi orqali tabiiy oksidni olib tashlashni, so'ngra standart ikki bosqichli jarayonni o'z ichiga oladi: 12 sccm C3H8 bilan 1165 ° C da 10 daqiqa davomida karbürizatsiya, so'ngra 1350 ° C da 60 daqiqa davomida epitaksiya (S/Si nisbati SC 4 sm va SC 4 sm dan 4 sm). Har bir o'sish bosqichi kamida bitta (100) mos yozuvlar gofreti bilan to'rt-besh xil Si yo'nalishini o'z ichiga oladi.
3. Natijalar va muhokama
Turli Si substratlarida o'stirilgan 3C-SiC qatlamlarining morfologiyasi (1-rasm) aniq sirt xususiyatlari va pürüzlülüğünü ko'rsatdi. Vizual ravishda Si(100), (211), (311), (553) va (995) da o'stirilgan namunalar oynaga o'xshaydi, boshqalari esa sutli ((331), (510)) dan xira ((110), (111)) gacha. Eng silliq yuzalar (eng yaxshi mikro tuzilmani ko'rsatuvchi) (100)2 ° o'chirilgan va (995) substratlarda olingan. Shunisi e'tiborga loyiqki, barcha qatlamlar sovutilgandan keyin yorilishsiz qoldi, shu jumladan odatda stressga moyil 3C-SiC(111). Namuna hajmining cheklanganligi yorilishning oldini olgan bo'lishi mumkin, ammo ba'zi namunalar to'plangan termal stress tufayli 1000 × kattalashtirishda optik mikroskop ostida aniqlanishi mumkin bo'lgan egilish (markazdan chetga 30-60 mkm burilish) ko'rsatilgan. Si (111), (211) va (553) substratlarida o'stirilgan yuqori egilgan qatlamlar cho'zilish kuchlanishini ko'rsatadigan konkav shakllarni ko'rsatdi, bu esa kristallografik orientatsiya bilan bog'liq bo'lish uchun keyingi eksperimental va nazariy ishlarni talab qiladi.
1-rasmda turli yo'nalishdagi Si substratlarida o'stirilgan 3C-SC qatlamlarining XRD va AFM (20 × 20 m m2 da skanerlash) natijalari jamlangan.
Atom kuch mikroskopiyasi (AFM) tasvirlari (2-rasm) optik kuzatishlarni tasdiqladi. Ildiz o'rtacha kvadrati (RMS) qiymatlari 400-800 nm lateral o'lchamlarga ega bo'lgan donga o'xshash tuzilmalarni o'z ichiga olgan (100)2 ° o'chirilgan va (995) substratlardagi eng silliq sirtlarni tasdiqladi. (110) o'sib chiqqan qatlam eng qo'pol bo'lib, vaqti-vaqti bilan o'tkir chegaralar bilan cho'zilgan va / yoki parallel xususiyatlar boshqa yo'nalishlarda paydo bo'lgan ((331), (510)). X-nurlari diffraktsiyasi (XRD) th-2th skanerlari (1-jadvalda jamlangan) polikristallikni ko'rsatadigan aralash 3C-SiC (111) va (110) cho'qqilarini ko'rsatadigan Si (110) bundan mustasno, quyi Miller indeksli substratlar uchun muvaffaqiyatli heteroepitaksiyani aniqladi. Si(110) uchun bu orientatsiya aralashuvi ilgari xabar qilingan edi, ammo ba'zi tadqiqotlarda eksklyuziv (111) ga yo'naltirilgan 3C-SiC kuzatilgan, bu esa o'sish holatini optimallashtirish muhimligini ko'rsatmoqda. Miller indekslari ≥5 ((510), (553), (995) uchun standart th-2th konfiguratsiyasida XRD cho'qqilari aniqlanmadi, chunki bu yuqori indeksli tekisliklar bu geometriyada diffraksiyaga uchramaydi. Past indeksli 3C-SiC cho'qqilarining yo'qligi (masalan, (111), (200)) bir kristalli o'sishni ko'rsatadi, bu past indeksli tekisliklardan diffraktsiyani aniqlash uchun namunaning egilishini talab qiladi.
2-rasmda CFC kristalli strukturasi ichidagi tekislik burchagi hisobi ko'rsatilgan.
Yuqori indeksli va past indeksli tekisliklar orasidagi hisoblangan kristallografik burchaklar (2-jadval) standart th-2th skanerlarida ularning yo'qligini tushuntirib, katta noto'g'ri yo'nalishlarni (>10 °) ko'rsatdi. Shuning uchun (995) yo'naltirilgan namunada g'ayrioddiy granüler morfologiyasi (potentsial ustunli o'sish yoki egizak bo'lishi mumkin) va past pürüzlülük tufayli qutb figurasi tahlili o'tkazildi. Si substratidan va 3C-SiC qatlamidan olingan (111) qutb raqamlari (3-rasm) deyarli bir xil bo'lib, epitaksial o'sishni egizaksiz tasdiqlaydi. Markaziy nuqta nazariy (111) - (995) burchakka mos keladigan ch≈15 ° da paydo bo'ldi. Kutilgan pozitsiyalarda (ch=56,2°/ph=269,4°, ch=79°/ph=146,7° va 33,6°) uchta simmetriyaga teng nuqta paydo bo'ldi, ammo ch=62°/ph=93,3° da oldindan aytib bo'lmaydigan zaif nuqta qo'shimcha tekshirishni talab qiladi. ph-skanerlashda nuqta kengligi orqali baholangan kristallik sifati istiqbolli ko'rinadi, ammo miqdorni aniqlash uchun tebranuvchi egri o'lchovlar zarur. (510) va (553) namunalar uchun qutb raqamlari ularning taxminiy epitaksial tabiatini tasdiqlash uchun to'ldirilishi kerak.
3-rasmda Si substrat (a) va 3C-SiC qatlami (b) ning (111) tekisliklarini aks ettiruvchi (995) yo'naltirilgan namunada qayd etilgan XRD tepalik diagrammasi ko'rsatilgan.
4. Xulosa
Heteroepitaksial 3C-SiC o'sishi ko'pgina Si yo'nalishlarida muvaffaqiyatli bo'ldi, bundan mustasno (110), bu polikristalli materialni berdi. Si (100) 2 ° o'chirilgan va (995) substratlar eng silliq qatlamlarni (RMS <1 nm) hosil qilgan bo'lsa, (111), (211) va (553) sezilarli ta'zimni (30-60 mkm) ko'rsatdi. Yuqori indeksli substratlar th-2th cho'qqilari yo'qligi sababli epitaksiyani tasdiqlash uchun ilg'or XRD tavsifini talab qiladi (masalan, qutb raqamlari). Davom etilayotgan ishlar egri chizig'ini o'lchash, Raman stressini tahlil qilish va ushbu tadqiqot tadqiqotini yakunlash uchun qo'shimcha yuqori indeksli yo'nalishlarni kengaytirishni o'z ichiga oladi.
Vertikal integratsiyalashgan ishlab chiqaruvchi sifatida XKH 2 dyuymdan 12 dyuymgacha diametrlarda mavjud bo'lgan 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P va 3C-SiC kabi standart va ixtisoslashtirilgan turlarni taklif qiluvchi kremniy karbid substratlarining keng qamrovli portfeli bilan professional moslashtirilgan ishlov berish xizmatlarini taqdim etadi. Bizning kristall o'sishi, nozik ishlov berish va sifatni ta'minlash bo'yicha tajribamiz energiya elektroniği, RF va yangi paydo bo'lgan ilovalar uchun moslashtirilgan echimlarni ta'minlaydi.
Yuborilgan vaqt: 2025 yil 8-avgust