1. Utangulizi
Licha ya miongo kadhaa ya utafiti, heteroepitaxial 3C-SiC inayopandwa kwenye substrates za silikoni bado haijafikia ubora wa kutosha wa fuwele kwa matumizi ya kielektroniki ya viwandani. Ukuaji kwa kawaida hufanywa kwenye substrates za Si(100) au Si(111), kila moja ikitoa changamoto tofauti: nyanja za kupambana na awamu kwa (100) na kupasuka kwa (111). Ingawa filamu zenye mwelekeo wa [111] zinaonyesha sifa za kuahidi kama vile msongamano mdogo wa kasoro, umbo bora la uso, na msongo mdogo, mwelekeo mbadala kama (110) na (211) bado haujasomwa vya kutosha. Data iliyopo inaonyesha kwamba hali bora za ukuaji zinaweza kuwa maalum kwa mwelekeo, na hivyo kutatanisha uchunguzi wa kimfumo. Ikumbukwe kwamba matumizi ya substrates za Si zenye index ya juu ya Miller (km, (311), (510)) kwa heteroepitaxy ya 3C-SiC hayajawahi kuripotiwa, na kuacha nafasi kubwa ya utafiti wa uchunguzi kuhusu mifumo ya ukuaji inayotegemea mwelekeo.
2. Majaribio
Tabaka za 3C-SiC ziliwekwa kupitia uwekaji wa mvuke wa kemikali wa shinikizo la angahewa (CVD) kwa kutumia gesi za awali za SiH4/C3H8/H2. Sakafu zilikuwa wafers za Si za sentimita 1 za mraba zenye mwelekeo tofauti: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), na (995). Sakafu zote zilikuwa kwenye mhimili isipokuwa (100), ambapo wafers zilizokatwa kwa 2° zilijaribiwa zaidi. Usafi wa kabla ya ukuaji ulihusisha kuondoa mafuta kwa ultrasonic katika methanoli. Itifaki ya ukuaji ilijumuisha kuondolewa kwa oksidi asilia kupitia H2 annealing kwa 1000°C, ikifuatiwa na mchakato wa kawaida wa hatua mbili: kaburi kwa dakika 10 kwa 1165°C na 12 sccm C3H8, kisha epitaxy kwa dakika 60 kwa 1350°C (uwiano wa C/Si = 4) kwa kutumia 1.5 sccm SiH4 na 2 sccm C3H8. Kila kipindi cha ukuaji kilijumuisha mwelekeo tofauti wa Si nne hadi tano, pamoja na angalau wafer moja (100) ya marejeleo.
3. Matokeo na Majadiliano
Mofolojia ya tabaka za 3C-SiC zilizopandwa kwenye substrates mbalimbali za Si (Mchoro 1) zilionyesha sifa tofauti za uso na ukali. Kwa kuibua, sampuli zilizopandwa kwenye Si(100), (211), (311), (553), na (995) zilionekana kama kioo, huku zingine zikiwa na rangi ya maziwa ((331), (510)) hadi hafifu ((110), (111)). Nyuso laini zaidi (zinazoonyesha muundo mdogo zaidi) zilipatikana kwenye substrates (100)2° na (995). Cha kushangaza, tabaka zote zilibaki bila nyufa baada ya kupoa, ikiwa ni pamoja na 3C-SiC(111) ambayo kwa kawaida hukabiliwa na msongo wa mawazo. Ukubwa mdogo wa sampuli huenda ulizuia nyufa, ingawa baadhi ya sampuli zilionyesha kuinama (30-60 μm kupotoka kutoka katikati hadi ukingoni) zinazoweza kugunduliwa chini ya hadubini ya macho kwa ukuzaji wa 1000× kutokana na msongo wa joto uliokusanyika. Tabaka zilizoinama sana zilizopandwa kwenye sehemu ndogo za Si(111), (211), na (553) zilionyesha maumbo yaliyopinda yanayoonyesha mkazo wa mvutano, na kuhitaji kazi zaidi ya majaribio na kinadharia ili kuoanisha na mwelekeo wa fuwele.
Mchoro 1 unatoa muhtasari wa matokeo ya XRD na AFM (kuchanganua katika 20×20 μ m2) ya tabaka za 3C-SC zilizopandwa kwenye substrates za Si zenye mwelekeo tofauti.
Picha za hadubini ya nguvu ya atomiki (AFM) (Mchoro 2) zilithibitisha uchunguzi wa macho. Thamani za mzizi-wastani-mraba (RMS) zilithibitisha nyuso laini zaidi kwenye sehemu ndogo za (100)2° na (995), zikiwa na miundo kama ya chembe zenye vipimo vya pembeni vya nanomita 400-800. Safu iliyokua (110) ilikuwa mbaya zaidi, huku vipengele vilivyorefushwa na/au sambamba vyenye mipaka mikali ya mara kwa mara vilionekana katika mwelekeo mwingine ((331), (510)). Uchunguzi wa diffraction ya X-ray (XRD) θ-2θ (uliofupishwa katika Jedwali 1) ulionyesha heteroepitaxy iliyofanikiwa kwa sehemu ndogo za index ya Miller ya chini, isipokuwa Si(110) ambayo ilionyesha vilele vilivyochanganywa vya 3C-SiC(111) na (110) vinavyoonyesha poliklistali. Mchanganyiko huu wa mwelekeo umeripotiwa hapo awali kwa Si(110), ingawa baadhi ya tafiti ziliona 3C-SiC ya kipekee (111) inayoelekezwa, ikidokeza uboreshaji wa hali ya ukuaji ni muhimu. Kwa viashiria vya Miller ≥5 ((510), (553), (995)), hakuna vilele vya XRD vilivyogunduliwa katika usanidi wa kawaida wa θ-2θ kwa kuwa ndege hizi zenye faharisi kubwa hazitofautiani katika jiometri hii. Kutokuwepo kwa vilele vya 3C-SiC vyenye faharisi ndogo (km, (111), (200)) kunaonyesha ukuaji wa fuwele moja, unaohitaji kuinama kwa sampuli ili kugundua mtawanyiko kutoka kwa ndege zenye faharisi ndogo.
Mchoro 2 unaonyesha hesabu ya pembe ya ndege ndani ya muundo wa fuwele wa CFC.
Pembe za fuwele zilizohesabiwa kati ya ndege zenye fahirisi ya juu na fahirisi ya chini (Jedwali la 2) zilionyesha mwelekeo mbaya (>10°), ikielezea kutokuwepo kwao katika skanisho za kawaida za θ-2θ. Kwa hivyo, uchanganuzi wa takwimu za nguzo ulifanywa kwenye sampuli yenye mwelekeo wa (995) kutokana na mofolojia yake isiyo ya kawaida ya chembechembe (uwezekano kutoka kwa ukuaji wa safu au upachikaji) na ukali mdogo. Takwimu za nguzo (111) (Mchoro 3) kutoka kwa substrate ya Si na safu ya 3C-SiC zilikuwa karibu sawa, zikithibitisha ukuaji wa epitaxial bila upachikaji. Doa la kati lilionekana kwa χ≈15°, likilingana na pembe ya kinadharia (111)-(995). Doa tatu zinazolingana na ulinganifu zilionekana katika nafasi zinazotarajiwa (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° na 33.6°), ingawa doa dhaifu isiyotabirika kwa χ=62°/φ=93.3° inahitaji uchunguzi zaidi. Ubora wa fuwele, uliopimwa kupitia upana wa doa katika skani za φ, unaonekana kuwa mzuri, ingawa vipimo vya mkunjo unaotetemeka vinahitajika kwa ajili ya upimaji. Takwimu za nguzo za sampuli za (510) na (553) bado hazijakamilika ili kuthibitisha asili yao inayodhaniwa kuwa ya epitaxial.
Mchoro 3 unaonyesha mchoro wa kilele cha XRD uliorekodiwa kwenye sampuli iliyoelekezwa (995), ambayo inaonyesha ndege (111) za substrate ya Si (a) na safu ya 3C-SiC (b).
4. Hitimisho
Ukuaji wa Heteroepitaxial 3C-SiC ulifanikiwa kwenye mielekeo mingi ya Si isipokuwa (110), ambayo ilitoa nyenzo za polikliniki. Si(100)2° pungufu na (995) substrates zilitoa tabaka laini zaidi (RMS <1 nm), huku (111), (211), na (553) zikionyesha kupinda kwa kiasi kikubwa (30-60 μm). Substrates zenye index ya juu zinahitaji uainishaji wa hali ya juu wa XRD (km, takwimu za nguzo) ili kuthibitisha epitaksi kutokana na vilele vya θ-2θ visivyokuwepo. Kazi inayoendelea inajumuisha vipimo vya mkunjo wa kutikisa, uchambuzi wa mkazo wa Raman, na upanuzi hadi mielekeo ya ziada yenye index ya juu ili kukamilisha utafiti huu wa uchunguzi.
Kama mtengenezaji aliyeunganishwa wima, XKH hutoa huduma za kitaalamu za usindikaji zilizobinafsishwa zenye jalada kamili la substrates za silicon carbide, ikitoa aina za kawaida na maalum ikiwa ni pamoja na 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, na 3C-SiC, zinazopatikana katika kipenyo kuanzia inchi 2 hadi inchi 12. Utaalamu wetu wa kuanzia mwanzo hadi mwisho katika ukuaji wa fuwele, uchakataji wa usahihi, na uhakikisho wa ubora huhakikisha suluhisho zilizobinafsishwa kwa vifaa vya elektroniki vya umeme, RF, na programu zinazoibuka.
Muda wa chapisho: Agosti-08-2025