परिचय
दशकौंको अनुसन्धानको बावजुद, सिलिकन सब्सट्रेटहरूमा उब्जाइएको हेटेरोएपिटाक्सियल 3C-SiC ले औद्योगिक इलेक्ट्रोनिक अनुप्रयोगहरूको लागि पर्याप्त क्रिस्टल गुणस्तर प्राप्त गरेको छैन। वृद्धि सामान्यतया Si(100) वा Si(111) सब्सट्रेटहरूमा गरिन्छ, प्रत्येकले फरक चुनौतीहरू प्रस्तुत गर्दछ: (100) को लागि एन्टी-फेज डोमेनहरू र (111) को लागि क्र्याकिंग। [111]-उन्मुख फिल्महरूले कम दोष घनत्व, सुधारिएको सतह आकारविज्ञान, र कम तनाव जस्ता आशाजनक विशेषताहरू प्रदर्शन गर्दा, (110) र (211) जस्ता वैकल्पिक अभिमुखीकरणहरू अझै पनि अध्ययन गरिएका छैनन्। अवस्थित डेटाले सुझाव दिन्छ कि इष्टतम वृद्धि अवस्थाहरू अभिमुखीकरण-विशिष्ट हुन सक्छन्, व्यवस्थित अनुसन्धानलाई जटिल बनाउँछ। उल्लेखनीय रूपमा, 3C-SiC हेटेरोएपिटाक्सीको लागि उच्च-मिलर-सूचकांक Si सब्सट्रेटहरू (जस्तै, (311), (510)) को प्रयोग कहिल्यै रिपोर्ट गरिएको छैन, अभिमुखीकरण-निर्भर वृद्धि संयन्त्रहरूमा अन्वेषण अनुसन्धानको लागि महत्त्वपूर्ण ठाउँ छोड्छ।
२. प्रयोगात्मक
३C-SiC तहहरू SiH4/C3H8/H2 पूर्ववर्ती ग्यासहरू प्रयोग गरेर वायुमण्डलीय-दबाव रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) मार्फत जम्मा गरिएका थिए। सब्सट्रेटहरू १ सेमी² Si वेफरहरू थिए जसमा विभिन्न अभिमुखीकरणहरू थिए: (१००), (१११), (११०), (२११), (३११), (३३१), (५१०), (५५३), र (९९५)। सबै सब्सट्रेटहरू (१००) बाहेक अक्षमा थिए, जहाँ २° अफ-कट वेफरहरू थप परीक्षण गरिएका थिए। पूर्व-वृद्धि सफाईमा मेथानोलमा अल्ट्रासोनिक डिग्रेजिङ समावेश थियो। वृद्धि प्रोटोकलमा १०००°C मा H2 एनिलिङ मार्फत नेटिभ अक्साइड हटाउने समावेश थियो, त्यसपछि मानक दुई-चरण प्रक्रिया समावेश थियो: १२ sccm C3H8 सहित ११६५°C मा १० मिनेटको लागि कार्बराइजेशन, त्यसपछि १३५०°C (C/Si अनुपात = ४) मा १.५ sccm SiH4 र २ sccm C3H8 प्रयोग गरेर ६० मिनेटको लागि एपिटाक्सी। प्रत्येक वृद्धि रनमा कम्तिमा एक (१००) सन्दर्भ वेफर सहित चार देखि पाँच फरक Si अभिमुखीकरणहरू समावेश थिए।
३. नतिजा र छलफल
विभिन्न Si सब्सट्रेटहरूमा उब्जाइएको 3C-SiC तहहरूको आकारविज्ञानले विशिष्ट सतह विशेषताहरू र खस्रोपन देखायो (चित्र १)। दृश्यात्मक रूपमा, Si(१००), (२११), (३११), (५५३), र (९९५) मा उब्जाइएको नमूनाहरू ऐना जस्तो देखिन्थे, जबकि अन्य दुधे ((३३१), (५१०)) देखि नीरस ((११०), (१११)) सम्मका थिए। सबैभन्दा चिल्लो सतहहरू (उत्कृष्ट माइक्रोस्ट्रक्चर देखाउँदै) (१००)२° अफ र (९९५) सब्सट्रेटहरूमा प्राप्त गरियो। उल्लेखनीय रूपमा, सबै तहहरू चिसो भएपछि क्र्याक-मुक्त रहे, जसमा सामान्यतया तनाव-प्रवण 3C-SiC(१११) समावेश छ। सीमित नमूना आकारले क्र्याकिङलाई रोकेको हुन सक्छ, यद्यपि केही नमूनाहरूले संचित थर्मल तनावको कारण १०००× म्याग्निफिकेसनमा अप्टिकल माइक्रोस्कोपी अन्तर्गत पत्ता लगाउन सकिने झुक्ने (केन्द्रबाट किनारासम्म ३०-६० μm विक्षेपण) प्रदर्शन गरे। Si(111), (211), र (553) सब्सट्रेटहरूमा उब्जाइएको उच्च झुकेको तहहरूले तन्य तनावलाई जनाउने अवतल आकारहरू प्रदर्शन गरे, जसलाई क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखीकरणसँग सम्बन्धित गर्न थप प्रयोगात्मक र सैद्धान्तिक कार्य आवश्यक पर्दछ।
चित्र १ ले विभिन्न अभिमुखीकरण भएका Si सब्सट्रेटहरूमा उब्जाइएको 3C-SC तहहरूको XRD र AFM (२०×२० μ m२ मा स्क्यानिङ) परिणामहरूको सारांश दिन्छ।
आणविक बल माइक्रोस्कोपी (AFM) छविहरू (चित्र २) ले अप्टिकल अवलोकनहरूलाई पुष्टि गर्यो। रूट-मीन-स्क्वायर (RMS) मानहरूले (१००)२° अफ र (९९५) सब्सट्रेटहरूमा सबैभन्दा चिल्लो सतहहरू पुष्टि गर्यो, जसमा ४००-८०० एनएम पार्श्व आयामहरू भएका अन्न-जस्तो संरचनाहरू छन्। (११०) बढेको तह सबैभन्दा खस्रो थियो, जबकि कहिलेकाहीं तीखा सीमाहरू भएका लामो र/वा समानान्तर सुविधाहरू अन्य अभिमुखीकरणहरूमा देखा पर्यो ((३३१), (५१०))। एक्स-रे विवर्तन (XRD) θ-2θ स्क्यानहरू (तालिका १ मा संक्षेप गरिएको) ले कम-मिलर-सूचकांक सब्सट्रेटहरूको लागि सफल हेटेरोइपिटेक्सी प्रकट गर्यो, Si(११०) बाहेक जसले पोलिक्रिस्टलिनिटीलाई जनाउने मिश्रित ३C-SiC(१११) र (११०) शिखरहरू देखायो। यो अभिमुखीकरण मिश्रण पहिले Si(११०) को लागि रिपोर्ट गरिएको छ, यद्यपि केही अध्ययनहरूले विशेष (१११)-उन्मुख ३C-SiC अवलोकन गरे, जसले वृद्धि अवस्था अनुकूलन महत्त्वपूर्ण छ भन्ने सुझाव दिन्छ। मिलर सूचकांक ≥५ ((५१०), (५५३), (९९५)) को लागि, मानक θ-२θ कन्फिगरेसनमा कुनै XRD शिखरहरू पत्ता लागेनन् किनभने यी उच्च-सूचकांक समतलहरू यस ज्यामितिमा गैर-विभाजनकारी छन्। कम-सूचकांक ३C-SiC चुचुराहरूको अनुपस्थितिले (जस्तै, (१११), (२००)) एकल-क्रिस्टलीय वृद्धिलाई सुझाव दिन्छ, कम-सूचकांक समतलहरूबाट विभाजक पत्ता लगाउन नमूना झुकाव आवश्यक पर्दछ।
चित्र २ ले CFC क्रिस्टल संरचना भित्र समतल कोणको गणना देखाउँछ।
उच्च-सूचकांक र कम-सूचकांक समतलहरू (तालिका २) बीचको गणना गरिएको क्रिस्टलोग्राफिक कोणहरूले ठूला गलत दिशा (>१०°) देखाए, जसले मानक θ-२θ स्क्यानमा तिनीहरूको अनुपस्थितिलाई व्याख्या गर्यो। त्यसैले (९९५)-उन्मुख नमूनामा यसको असामान्य दानेदार आकारविज्ञान (सम्भावित रूपमा स्तम्भको वृद्धि वा जुम्ल्याहापनबाट) र कम खुरदरापनको कारणले गर्दा ध्रुव आकृति विश्लेषण गरिएको थियो। Si सब्सट्रेट र ३C-SiC तहबाट (१११) ध्रुव आकृतिहरू (चित्र ३) लगभग समान थिए, जसले जुम्ल्याहा बिना एपिटेक्सियल वृद्धि पुष्टि गर्यो। केन्द्रीय स्थान χ≈१५° मा देखा पर्यो, सैद्धान्तिक (१११)-(९९५) कोणसँग मेल खान्छ। अपेक्षित स्थितिहरूमा तीन सममिति-समतुल्य दागहरू देखा परे (χ=५६.२°/φ=२६९.४°, χ=७९°/φ=१४६.७° र ३३.६°), यद्यपि χ=६२°/φ=९३.३° मा एक अप्रत्याशित कमजोर दागलाई थप अनुसन्धान आवश्यक छ। φ-स्क्यानमा स्पट चौडाइ मार्फत मूल्याङ्कन गरिएको क्रिस्टलीय गुणस्तर आशाजनक देखिन्छ, यद्यपि परिमाण निर्धारणको लागि रकिंग कर्भ मापन आवश्यक छ। (५१०) र (५५३) नमूनाहरूको लागि ध्रुव तथ्याङ्कहरू तिनीहरूको अनुमानित एपिटेक्सियल प्रकृति पुष्टि गर्न पूरा हुन बाँकी छ।
चित्र ३ ले (९९५) उन्मुख नमूनामा रेकर्ड गरिएको XRD शिखर रेखाचित्र देखाउँछ, जसले Si सब्सट्रेट (a) र 3C-SiC तह (b) को (१११) समतलहरू प्रदर्शन गर्दछ।
निष्कर्ष
(११०) बाहेक धेरैजसो Si अभिमुखीकरणहरूमा हेटेरोएपिटाक्सियल ३C-SiC वृद्धि सफल भयो, जसले पोलिक्रिस्टलाइन सामग्री उत्पादन गर्यो। Si(१००)२° अफ र (९९५) सब्सट्रेटहरूले सबैभन्दा सहज तहहरू (RMS <१ nm) उत्पादन गरे, जबकि (१११), (२११), र (५५३) ले महत्त्वपूर्ण झुकाव (३०-६० μm) देखाए। अनुपस्थित θ-२θ शिखरहरूको कारणले गर्दा एपिटेक्सी पुष्टि गर्न उच्च-सूचकांक सब्सट्रेटहरूलाई उन्नत XRD विशेषताकरण (जस्तै, पोल फिगरहरू) आवश्यक पर्दछ। यो अन्वेषणात्मक अध्ययन पूरा गर्न चलिरहेको काममा रकिंग कर्भ मापन, रमन तनाव विश्लेषण, र थप उच्च-सूचकांक अभिमुखीकरणहरूमा विस्तार समावेश छ।
ठाडो रूपमा एकीकृत निर्माताको रूपमा, XKH ले सिलिकन कार्बाइड सब्सट्रेटहरूको व्यापक पोर्टफोलियोको साथ व्यावसायिक अनुकूलित प्रशोधन सेवाहरू प्रदान गर्दछ, जसले २-इन्चदेखि १२-इन्चसम्मको व्यासमा उपलब्ध ४H/६H-N, ४H-सेमी, ४H/६H-P, र ३C-SiC सहित मानक र विशेष प्रकारहरू प्रदान गर्दछ। क्रिस्टल वृद्धि, परिशुद्धता मेसिनिङ, र गुणस्तर आश्वासनमा हाम्रो अन्त-देखि-अन्त विशेषज्ञताले पावर इलेक्ट्रोनिक्स, RF, र उदीयमान अनुप्रयोगहरूको लागि अनुकूलित समाधानहरू सुनिश्चित गर्दछ।
पोस्ट समय: अगस्ट-०८-२०२५