1. Kirish
O'nlab yillar davomida olib borilgan tadqiqotlarga qaramay, kremniy substratlarida yetishtirilgan heteroepitaksial 3C-SiC hali sanoat elektron qo'llanmalari uchun yetarli kristall sifatiga erisha olmadi. O'sish odatda Si(100) yoki Si(111) substratlarida amalga oshiriladi, ularning har biri o'ziga xos qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi: (100) uchun antifazali domenlar va (111) uchun yorilish. [111] yo'naltirilgan plyonkalar nuqson zichligining pasayishi, sirt morfologiyasining yaxshilanishi va past kuchlanish kabi istiqbolli xususiyatlarni namoyish etsa-da, (110) va (211) kabi muqobil yo'nalishlar hali ham yetarlicha o'rganilmagan. Mavjud ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, optimal o'sish sharoitlari yo'nalishga xos bo'lishi mumkin, bu esa tizimli tadqiqotlarni murakkablashtiradi. Shunisi e'tiborga loyiqki, 3C-SiC heteroepitaksiyasi uchun yuqori Miller indeksli Si substratlaridan (masalan, (311), (510)) foydalanish hech qachon xabar qilinmagan, bu esa yo'nalishga bog'liq o'sish mexanizmlari bo'yicha tadqiqot tadqiqotlari uchun katta joy qoldiradi.
2. Eksperimental
3C-SiC qatlamlari SiH4/C3H8/H2 prekursor gazlari yordamida atmosfera bosimi ostida kimyoviy bug'lanish (CVD) orqali yotqizildi. Substratlar turli yo'nalishlarga ega 1 sm² Si plastinkalaridan iborat edi: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) va (995. Barcha substratlar (100) dan tashqari o'qda joylashgan bo'lib, bu yerda 2° kesilgan plastinkalar qo'shimcha ravishda sinovdan o'tkazildi. O'sishdan oldingi tozalash metanolda ultratovushli yog'sizlantirishni o'z ichiga oldi. O'sish protokoli 1000°C da H2 tavlash orqali tabiiy oksidni olib tashlashni, so'ngra standart ikki bosqichli jarayonni o'z ichiga oldi: 1165°C da 12 scm C3H8 bilan 10 daqiqa davomida karburizatsiya qilish, so'ngra 1350°C da 60 daqiqa davomida 1,5 scm SiH4 va 2 scm C3H8 yordamida epitaksiya (C/Si nisbati = 4). Har bir o'sish jarayoni to'rtdan beshgacha turli Si yo'nalishlarini o'z ichiga oldi, kamida bitta (100) mos yozuvlar plastinkasi.
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'xshash ko'rinardi, boshqalari esa sutli ((331), (510)) dan xira ((110), (111)) gacha bo'lgan. Eng silliq yuzalar (eng nozik mikrotuzilmani ko'rsatuvchi) (100)2° va (995) substratlarida olingan. Shunisi e'tiborga loyiqki, barcha qatlamlar, jumladan, odatda stressga moyil bo'lgan 3C-SiC(111) ham sovutilgandan keyin yoriqsiz qoldi. Namuna hajmining cheklanganligi yorilishni oldini olgan bo'lishi mumkin, garchi ba'zi namunalarda to'plangan issiqlik stressi tufayli optik mikroskopiya ostida 1000 × kattalashtirishda aniqlanadigan egilish (markazdan chetga 30-60 mkm og'ish) kuzatilgan. Si(111), (211) va (553) substratlarida o'stirilgan yuqori egilgan qatlamlar cho'zilish deformatsiyasini ko'rsatuvchi botiq shakllarni ko'rsatdi, bu esa kristallografik yo'nalish bilan bog'liq bo'lgan qo'shimcha eksperimental va nazariy ishlarni talab qildi.
1-rasmda turli yo'nalishdagi Si substratlarida o'stirilgan 3C-SC qatlamlarining XRD va AFM (20 × 20 μ m2 da skanerlash) natijalari umumlashtirilgan.
Atom kuch mikroskopiyasi (AFM) tasvirlari (2-rasm) optik kuzatuvlarni tasdiqladi. O'rtacha kvadrat (RMS) qiymatlari (100)2° dan yuqori va (995) substratlardagi eng silliq sirtlarni tasdiqladi, ular 400-800 nm lateral o'lchamlarga ega donga o'xshash tuzilmalarga ega. (110) o'sgan qatlam eng qo'pol edi, boshqa yo'nalishlarda esa vaqti-vaqti bilan o'tkir chegaralarga ega cho'zilgan va/yoki parallel xususiyatlar paydo bo'ldi ((331), (510)). Rentgen difraksiyasi (XRD) θ-2θ skanerlashlari (1-jadvalda umumlashtirilgan) past Miller indeksli substratlar uchun muvaffaqiyatli heteroepitaksiyani aniqladi, Si(110) bundan mustasno, ular polikristallikni ko'rsatuvchi aralash 3C-SiC(111) va (110) cho'qqilarini ko'rsatdi. Ushbu yo'nalishni aralashtirish ilgari Si(110) uchun xabar qilingan bo'lsa-da, ba'zi tadqiqotlarda (111) yo'naltirilgan 3C-SiC ning eksklyuzivligi kuzatilgan, bu esa o'sish holatini optimallashtirish juda muhimligini ko'rsatadi. Miller indekslari ≥5 ((510), (553), (995)) uchun standart θ-2θ konfiguratsiyasida XRD cho'qqilari aniqlanmadi, chunki bu yuqori indeksli tekisliklar bu geometriyada diffraktsiya qilmaydi. Past indeksli 3C-SiC cho'qqilarining yo'qligi (masalan, (111), (200)) past indeksli tekisliklardan difraksiyani aniqlash uchun namunani qiyshaytirishni talab qiladigan monokristalli o'sishni ko'rsatadi.
2-rasmda CFC kristall tuzilishi ichidagi tekislik burchagini hisoblash ko'rsatilgan.
Yuqori indeksli va past indeksli tekisliklar orasidagi hisoblangan kristallografik burchaklar (2-jadval) katta noto'g'ri yo'nalishlarni (>10°) ko'rsatdi, bu ularning standart θ-2θ skanerlashda yo'qligini tushuntiradi. Shuning uchun qutb figuralari tahlili (995) yo'naltirilgan namunada uning g'ayrioddiy donador morfologiyasi (potentsial ustunli o'sish yoki egizaklanishdan) va past pürüzlülüğü tufayli o'tkazildi. Si substrati va 3C-SiC qatlamidan olingan (111) qutb figuralari (3-rasm) deyarli bir xil bo'lib, egizaklanishsiz epitaksial o'sishni tasdiqladi. Markaziy nuqta χ≈15° da paydo bo'ldi, bu nazariy (111)-(995) burchakka mos keladi. Kutilgan pozitsiyalarda uchta simmetriyaga teng nuqta paydo bo'ldi (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° va 33.6°), ammo χ=62°/φ=93.3° da oldindan aytib bo'lmaydigan zaif nuqta qo'shimcha tekshirishni talab qiladi. φ-skanerlashda nuqta kengligi orqali baholangan kristall sifati istiqbolli ko'rinadi, ammo miqdoriy aniqlash uchun tebranish egri chizig'ini o'lchash kerak. (510) va (553) namunalarining qutb raqamlari ularning taxminiy epitaksial xususiyatini tasdiqlash uchun hali to'ldirilmagan.
3-rasmda (995) yo'naltirilgan namunada qayd etilgan XRD cho'qqi diagrammasi ko'rsatilgan bo'lib, unda Si substratining (a) va 3C-SiC qatlamining (b) (111) tekisliklari ko'rsatilgan.
4. Xulosa
Geteroepitaksial 3C-SiC o'sishi (110) dan tashqari ko'pgina Si yo'nalishlarida muvaffaqiyatli bo'ldi, bu esa polikristal materialni hosil qildi. Si(100)2° dan uzilish va (995) substratlar eng silliq qatlamlarni hosil qildi (RMS <1 nm), (111), (211) va (553) esa sezilarli egilish (30-60 μm) ko'rsatdi. Yuqori indeksli substratlar θ-2θ cho'qqilarining yo'qligi sababli epitaksiyani tasdiqlash uchun ilg'or XRD tavsifini (masalan, qutb shakllari) talab qiladi. Davom etayotgan ishlar tebranish egri chizig'ini o'lchash, Raman stress tahlili va ushbu tadqiqotni yakunlash uchun qo'shimcha yuqori indeksli yo'nalishlarga kengaytirishni o'z ichiga oladi.
Vertikal integratsiyalashgan ishlab chiqaruvchi sifatida XKH kremniy karbid substratlarining keng qamrovli portfeli bilan professional moslashtirilgan qayta ishlash xizmatlarini taqdim etadi, 2 dyuymdan 12 dyuymgacha diametrlarda mavjud bo'lgan 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P va 3C-SiC kabi standart va ixtisoslashgan turlarni taklif etadi. Kristall o'sishi, aniq ishlov berish va sifatni ta'minlash bo'yicha bizning keng qamrovli tajribamiz energiya elektronikasi, RF va yangi paydo bo'layotgan ilovalar uchun moslashtirilgan yechimlarni ta'minlaydi.
Joylashtirilgan vaqt: 2025-yil 8-avgust