1. Кіріспе
Ондаған жылдар бойы жүргізілген зерттеулерге қарамастан, кремний негіздерінде өсірілген гетероэпитаксиалды 3C-SiC әлі күнге дейін өнеркәсіптік электронды қолданбалар үшін жеткілікті кристалдық сапаға қол жеткізе алмады. Өсіру әдетте Si(100) немесе Si(111) негіздерінде жүзеге асырылады, олардың әрқайсысы өзіндік қиындықтар тудырады: (100) үшін антифазалық домендер және (111) үшін крекинг. [111]-бағытталған қабықшалар ақау тығыздығының төмендеуі, беттік морфологияның жақсаруы және кернеудің төмендеуі сияқты перспективалы сипаттамаларды көрсеткенімен, (110) және (211) сияқты балама бағдарлар әлі де толық зерттелмеген. Қолданыстағы деректер оңтайлы өсу жағдайлары бағдарға тән болуы мүмкін екенін көрсетеді, бұл жүйелі зерттеуді қиындатады. Атап айтқанда, 3C-SiC гетероэпитаксиі үшін жоғары Миллер индексті Si негіздерін (мысалы, (311), (510)) пайдалану туралы ешқашан хабарланбаған, бұл бағдарға тәуелді өсу механизмдері бойынша зерттеу жұмыстарына айтарлықтай орын қалдырады.
2. Эксперименттік
3C-SiC қабаттары SiH4/C3H8/H2 прекурсорлық газдарын пайдаланып атмосфералық қысыммен химиялық бумен тұндыру (CVD) арқылы тұнды. Негіздер әртүрлі бағыттағы 1 см² Si пластиналары болды: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) және (995. Барлық негіздер (100)-ден басқа осьте болды, онда 2° қиылысқан пластиналар қосымша тексерілді. Өсіру алдындағы тазалау метанолдағы ультрадыбыстық майсыздандыруды қамтыды. Өсу хаттамасы 1000°C температурада H2 күйдіру арқылы табиғи оксидті жоюды, содан кейін стандартты екі сатылы процесті қамтыды: 1165°C температурада 12 scm C3H8 көмегімен 10 минут бойы карбюрациялау, содан кейін 1350°C температурада 60 минут бойы эпитаксиялау (C/Si қатынасы = 4) 1,5 scm SiH4 және 2 scm C3H8 көмегімен. Әрбір өсу процесі кемінде бір (100) анықтамалық пластинасы бар төрт-бес түрлі Si бағдарын қамтыды.
3. Нәтижелер және талқылау
Әртүрлі Si субстраттарында өсірілген 3C-SiC қабаттарының морфологиясы (1-сурет) айқын беттік ерекшеліктер мен кедір-бұдырлықты көрсетті. Көрнекі түрде Si(100), (211), (311), (553) және (995) беттерінде өсірілген үлгілер айна тәрізді көрінді, ал басқалары сүтті ((331), (510)) бастап күңгірт ((110), (111)) дейін болды. Ең тегіс беттер (ең нәзік микроқұрылымды көрсететін) (100)2° және (995) субстраттарында алынды. Таңқаларлықтай, барлық қабаттар, соның ішінде әдетте кернеуге бейім 3C-SiC(111), салқындағаннан кейін жарықтарсыз қалды. Шектеулі үлгі мөлшері жарықтардың пайда болуына жол бермеуі мүмкін, дегенмен кейбір үлгілерде жинақталған жылу кернеуіне байланысты оптикалық микроскопия кезінде 1000 есе үлкейту кезінде орталықтан шетіне қарай 30-60 мкм ауытқу байқалды. Si(111), (211) және (553) негіздерінде өсірілген қатты иілген қабаттар созылу деформациясын көрсететін ойыс пішіндерді көрсетті, бұл кристаллографиялық бағдармен өзара байланыстыру үшін қосымша эксперименттік және теориялық жұмыстарды қажет етті.
1-суретте әртүрлі бағыттағы Si субстраттарында өсірілген 3C-SC қабаттарының рентгендік және AFM (20 × 20 μ м2 сканерлеу) нәтижелері қорытындыланған.
Атомдық күш микроскопиясы (AFM) кескіндері (2-сурет) оптикалық бақылауларды растады. Түбірлік орташа квадраттық (RMS) мәндері (100)2° және (995) субстраттардағы ең тегіс беттерді растады, олар 400-800 нм бүйірлік өлшемдері бар дән тәрізді құрылымдарды қамтиды. (110) өскен қабат ең кедір-бұдыр болды, ал басқа бағыттар бойынша кейде өткір шекаралары бар созылған және/немесе параллель белгілер пайда болды ((331), (510)). Рентгендік дифракция (XRD) θ-2θ сканерлеулері (1-кестеде қорытындыланған) поликристалдылықты көрсететін аралас 3C-SiC(111) және (110) шыңдарын көрсеткен Si(110) қоспағанда, Миллер индексі төмен субстраттар үшін сәтті гетероэпитаксияны көрсетті. Бұл бағытты араластыру бұрын Si(110) үшін хабарланған болатын, дегенмен кейбір зерттеулерде (111) бағытталған 3C-SiC эксклюзивті байқалды, бұл өсу жағдайын оңтайландырудың маңызды екенін көрсетеді. Миллер индекстері ≥5 ((510), (553), (995)) үшін стандартты θ-2θ конфигурациясында рентгендік дифракция шыңдары анықталмады, себебі бұл жоғары индексті жазықтықтар бұл геометрияда дифракцияланбайды. Төмен индексті 3C-SiC шыңдарының болмауы (мысалы, (111), (200)) төмен индексті жазықтықтардан дифракцияны анықтау үшін үлгіні еңкейтуді қажет ететін монокристалды өсуді көрсетеді.
2-суретте ХФУ кристалдық құрылымындағы жазықтық бұрышының есептелуі көрсетілген.
Жоғары индексті және төмен индексті жазықтықтар арасындағы есептелген кристаллографиялық бұрыштар (2-кесте) үлкен бағдарлауды бұзды (>10°), бұл олардың стандартты θ-2θ сканерлеуде болмауын түсіндірді. Сондықтан полюс фигураларын талдау (995)-бағытталған үлгіде оның ерекше түйіршікті морфологиясына (мүмкін бағаналы өсуден немесе егізденуден) және төмен кедір-бұдырлығына байланысты жүргізілді. Si субстратынан және 3C-SiC қабатынан алынған (111) полюс фигуралары (3-сурет) дерлік бірдей болды, бұл егізденусіз эпитаксиалды өсуді растады. Орталық дақ χ≈15°-та пайда болды, бұл теориялық (111)-(995) бұрышына сәйкес келеді. Күтілетін позицияларда үш симметрияға эквивалентті дақ пайда болды (χ=56,2°/φ=269,4°, χ=79°/φ=146,7° және 33,6°), дегенмен χ=62°/φ=93,3°-та болжанбаған әлсіз нүкте қосымша зерттеуді қажет етеді. φ-сканерлеудегі нүкте ені арқылы бағаланған кристалдық сапа перспективалы болып көрінеді, дегенмен сандық анықтау үшін тербелмелі қисық сызықты өлшеу қажет. (510) және (553) үлгілерінің полюстік фигуралары олардың болжамды эпитаксиалды сипатын растау үшін әлі аяқталмаған.
3-суретте (995) бағытталған үлгіде жазылған XRD шыңының диаграммасы көрсетілген, онда Si негізінің (a) және 3C-SiC қабатының (b) (111) жазықтықтары көрсетілген.
4. Қорытынды
Гетероэпитаксиалды 3C-SiC өсуі (110) қоспағанда, көптеген Si бағдарларында сәтті болды, бұл поликристалды материал берді. Si(100)2° және (995) субстраттар ең тегіс қабаттарды түзді (RMS <1 нм), ал (111), (211) және (553) айтарлықтай иілуді көрсетті (30-60 мкм). Жоғары индексті субстраттар θ-2θ шыңдарының болмауына байланысты эпитаксийді растау үшін кеңейтілген рентгендік резонанстық сипаттаманы (мысалы, полюс фигуралары) қажет етеді. Ағымдағы жұмысқа тербеліс қисығын өлшеу, Раман кернеуін талдау және осы барлау зерттеуін аяқтау үшін қосымша жоғары индексті бағдарларға кеңейту кіреді.
Тігінен интеграцияланған өндіруші ретінде XKH кремний карбидті негіздердің кешенді портфолиосымен кәсіби теңшелген өңдеу қызметтерін ұсынады, диаметрі 2 дюймнен 12 дюймге дейінгі 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P және 3C-SiC сияқты стандартты және мамандандырылған түрлерін ұсынады. Кристалл өсіру, дәл өңдеу және сапаны қамтамасыз ету саласындағы біздің жан-жақты тәжірибеміз энергетикалық электроника, радиожиілік және жаңадан пайда болған қолданбалар үшін арнайы шешімдерді қамтамасыз етеді.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 8 тамыз