1. Ներածություն
Տասնամյակների հետազոտությունների չնայած, սիլիցիումային հիմքերի վրա աճեցված հետերոէպիտաքսիալ 3C-SiC-ն դեռևս բավարար բյուրեղային որակի չի հասել արդյունաբերական էլեկտրոնային կիրառությունների համար: Աճը սովորաբար իրականացվում է Si(100) կամ Si(111) հիմքերի վրա, որոնցից յուրաքանչյուրը ներկայացնում է առանձին մարտահրավերներ՝ (100)-ի համար հակափուլային տիրույթներ և (111)-ի համար ճաքերի առաջացում: Մինչ [111]-կողմնորոշված թաղանթները ցուցաբերում են խոստումնալից բնութագրեր, ինչպիսիք են՝ արատների խտության նվազումը, մակերևույթի ձևաբանության բարելավումը և ցածր լարվածությունը, այլընտրանքային կողմնորոշումները, ինչպիսիք են (110)-ը և (211)-ը, մնում են թերուսումնասիրված: Գոյություն ունեցող տվյալները ենթադրում են, որ օպտիմալ աճի պայմանները կարող են լինել կողմնորոշմանը հատուկ, ինչը բարդացնում է համակարգված հետազոտությունը: Հատկանշական է, որ 3C-SiC հետերոէպիտաքսիայի համար ավելի բարձր Միլլերի ինդեքսով Si հիմքերի (օրինակ՝ (311), (510)) օգտագործումը երբեք չի հաղորդվել, ինչը զգալի տեղ է թողնում կողմնորոշումից կախված աճի մեխանիզմների վերաբերյալ հետազոտական հետազոտությունների համար:
2. Փորձարարական
3C-SiC շերտերը նստեցվել են մթնոլորտային ճնշման քիմիական գոլորշիացման (CVD) միջոցով՝ օգտագործելով SiH4/C3H8/H2 նախորդ գազեր: Հիմքերը 1 սմ² Si վաֆլիներ էին՝ տարբեր կողմնորոշումներով. (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) և (995): Բոլոր հիմքերը առանցքային էին, բացառությամբ (100)-ի, որտեղ լրացուցիչ փորձարկվել են 2° կտրվածքով վաֆլիներ: Աճեցման նախապատրաստական մաքրումը ներառում էր ուլտրաձայնային ճարպազրկում մեթանոլում: Աճեցման արձանագրությունը ներառում էր բնական օքսիդի հեռացում H2 թրծման միջոցով 1000°C ջերմաստիճանում, որին հաջորդում էր ստանդարտ երկփուլ գործընթաց՝ 10 րոպե ածխացում 1165°C ջերմաստիճանում 12 sccm C3H8-ով, ապա էպիտաքսիա 60 րոպե 1350°C ջերմաստիճանում (C/Si հարաբերակցություն = 4)՝ օգտագործելով 1.5 sccm SiH4 և 2 sccm C3H8: Աճման յուրաքանչյուր փուլ ներառում էր Si-ի չորսից հինգ տարբեր կողմնորոշումներ՝ առնվազն մեկ (100) հղման վաֆլիով։
3. Արդյունքներ և քննարկում
Տարբեր Si հիմքերի վրա աճեցված 3C-SiC շերտերի ձևաբանությունը (Նկ. 1) ցույց տվեց առանձնահատուկ մակերեսային առանձնահատկություններ և կոպտություն: Տեսողականորեն, Si(100), (211), (311), (553) և (995) վրա աճեցված նմուշները հայելու նման էին, մինչդեռ մյուսները տատանվում էին կաթնագույնից ((331), (510)) մինչև անփայլ ((110), (111)): Ամենահարթ մակերեսները (ցույց տալով ամենանուրբ միկրոկառուցվածքը) ստացվել են (100)2°-ից ցածր և (995) հիմքերի վրա: Հատկանշական է, որ սառեցումից հետո բոլոր շերտերը մնացին ճաքերից զերծ, ներառյալ սովորաբար լարվածության հակված 3C-SiC(111)-ը: Նմուշի սահմանափակ չափը կարող էր կանխել ճաքերի առաջացումը, չնայած որոշ նմուշներ ցուցաբերեցին ծռում (30-60 մկմ շեղում կենտրոնից դեպի եզր), որը նկատելի էր օպտիկական մանրադիտակով 1000× մեծացմամբ՝ կուտակված ջերմային լարվածության պատճառով: Si(111), (211) և (553) հիմքերի վրա աճեցված բարձր կոր շերտերը ցուցաբերել են գոգավոր ձևեր, որոնք վկայում են ձգման լարվածության մասին, ինչը պահանջում է հետագա փորձարարական և տեսական աշխատանք՝ բյուրեղագրական կողմնորոշման հետ համադրելու համար։
Նկար 1-ում ամփոփված են տարբեր կողմնորոշումներով Si հիմքերի վրա աճեցված 3C-SC շերտերի XRD և AFM (սկանավորում 20×20 μ մ2 չափսերով) արդյունքները։
Ատոմային ուժային մանրադիտակի (AFM) պատկերները (Նկար 2) հաստատեցին օպտիկական դիտարկումները: Միջին քառակուսի արմատի (RMS) արժեքները հաստատեցին ամենահարթ մակերեսները (100)2°-ից և (995) հիմքերի վրա, որոնք առանձնանում էին հատիկավոր կառուցվածքներով՝ 400-800 նմ կողմնային չափսերով: (110)-ով աճեցված շերտը ամենակոպիտն էր, մինչդեռ այլ կողմնորոշումներում հայտնվում էին երկարավուն և/կամ զուգահեռ գծեր՝ երբեմն սուր սահմաններով ((331), (510)): Ռենտգենյան դիֆրակցիայի (XRD) θ-2θ սկանավորումները (ամփոփված են աղյուսակ 1-ում) ցույց տվեցին հաջող հետերոէպիտաքսիա ցածր Միլլերի ինդեքսով հիմքերի համար, բացառությամբ Si(110)-ի, որը ցույց տվեց խառը 3C-SiC(111) և (110) գագաթներ, որոնք վկայում են պոլիկրիստալինության մասին: Այս կողմնորոշման խառնուրդը նախկինում հաղորդվել է Si(110)-ի համար, չնայած որոշ ուսումնասիրություններ դիտարկել են բացառիկ (111)-ով կողմնորոշված 3C-SiC, ինչը ենթադրում է, որ աճի պայմանների օպտիմալացումը կարևոր է: Միլլերի ինդեքսների ≥5 ((510), (553), (995)) դեպքում, ստանդարտ θ-2θ կոնֆիգուրացիայում XRD գագաթներ չեն հայտնաբերվել, քանի որ այս բարձր ինդեքսով հարթությունները այս երկրաչափության մեջ դիֆրակցիա չեն առաջացնում: Ցածր ինդեքսով 3C-SiC գագաթների բացակայությունը (օրինակ՝ (111), (200)) ենթադրում է միաբյուրեղային աճ, որը պահանջում է նմուշի թեքում՝ ցածր ինդեքսով հարթություններից դիֆրակցիան հայտնաբերելու համար:
Նկար 2-ը ցույց է տալիս CFC բյուրեղային կառուցվածքի հարթության անկյան հաշվարկը։
Բարձր և ցածր ինդեքսով հարթությունների միջև հաշվարկված բյուրեղագրական անկյունները (տե՛ս աղյուսակ 2) ցույց տվեցին մեծ ապակողմնորոշումներ (>10°), ինչը բացատրում է դրանց բացակայությունը ստանդարտ θ-2θ սկանավորումներում: Հետևաբար, բևեռային պատկերի վերլուծությունը կատարվել է (995)-կողմնորոշված նմուշի վրա՝ դրա անսովոր հատիկավոր ձևաբանության (հնարավոր է՝ սյունաձև աճից կամ երկվորյակացումից) և ցածր կոպտության պատճառով: Si հիմքից և 3C-SiC շերտից ստացված (111) բևեռային պատկերները (Նկար 3) գրեթե նույնական էին, ինչը հաստատում էր էպիտաքսիալ աճը՝ առանց երկվորյակացման: Կենտրոնական բիծը հայտնվել է χ≈15°-ում, որը համապատասխանում է տեսական (111)-(995) անկյան: Երեք սիմետրիկ համարժեք բծեր հայտնվել են սպասվող դիրքերում (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° և 33.6°), չնայած χ=62°/φ=93.3°-ում չկանխատեսված թույլ բիծը պահանջում է հետագա ուսումնասիրություն: Բյուրեղային որակը, որը գնահատվել է φ-սկանավորումներում կետի լայնության միջոցով, խոստումնալից է թվում, չնայած քանակական որոշման համար անհրաժեշտ են ճոճման կորի չափումներ: (510) և (553) նմուշների բևեռային պատկերները դեռ պետք է լրացվեն՝ դրանց ենթադրյալ էպիտաքսիալ բնույթը հաստատելու համար:
Նկար 3-ը ցույց է տալիս (995) կողմնորոշված նմուշի վրա գրանցված XRD գագաթնակետային դիագրամը, որը ցուցադրում է Si հիմքի (ա) և 3C-SiC շերտի (բ) (111) հարթությունները։
4. Եզրակացություն
Հետերոէպիտաքսիալ 3C-SiC աճը հաջողությամբ է իրականացվել Si կողմնորոշումների մեծ մասի վրա, բացառությամբ (110), որը տվել է պոլիկրիստալային նյութ: Si(100)2°-ից դուրս և (995) ենթաշերտերը առաջացրել են ամենահարթ շերտերը (RMS <1 նմ), մինչդեռ (111), (211) և (553) ենթաշերտերը ցույց են տվել զգալի թեքում (30-60 մկմ): Բարձր ինդեքսով ենթաշերտերը պահանջում են առաջադեմ XRD բնութագրում (օրինակ՝ բևեռային պատկերներ)՝ θ-2θ գագաթների բացակայության պատճառով էպիտաքսիան հաստատելու համար: Ընթացիկ աշխատանքները ներառում են ճոճման կորի չափումներ, Ռամանի լարվածության վերլուծություն և ընդլայնում դեպի լրացուցիչ բարձր ինդեքսով կողմնորոշումներ՝ այս հետազոտական ուսումնասիրությունն ավարտելու համար:
Որպես ուղղահայաց ինտեգրված արտադրող՝ XKH-ը մատուցում է մասնագիտական, անհատականացված մշակման ծառայություններ՝ սիլիցիումի կարբիդային հիմքերի համապարփակ պորտֆելով, առաջարկելով ստանդարտ և մասնագիտացված տեսակներ, ներառյալ 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P և 3C-SiC, որոնք հասանելի են 2-ից մինչև 12 դյույմ տրամագծով: Բյուրեղների աճեցման, ճշգրիտ մեքենայացման և որակի ապահովման մեր ամբողջական փորձը ապահովում է անհատականացված լուծումներ ուժային էլեկտրոնիկայի, ռադիոհաճախականության և զարգացող կիրառությունների համար:
Հրապարակման ժամանակը. Օգոստոս-08-2025