1. Кіріспе
Ондаған жылдар бойы жүргізілген зерттеулерге қарамастан, кремний субстраттарында өсірілген гетероэпитаксиалды 3C-SiC өнеркәсіптік электронды қолданбалар үшін жеткілікті кристалдық сапаға әлі қол жеткізген жоқ. Өсу әдетте Si(100) немесе Si(111) субстраттарында орындалады, олардың әрқайсысы ерекше қиындықтарды ұсынады: (100) үшін фазаға қарсы домендер және (111) үшін крекинг. [111]-бағдарланған пленкалар ақаулардың азаюы тығыздығы, жақсартылған бет морфологиясы және төменгі кернеу сияқты перспективалы сипаттамаларға ие болғанымен, (110) және (211) сияқты балама бағдарлар әлі де зерттелмеген. Қолданыстағы деректер оңтайлы өсу жағдайлары жүйелі зерттеуді қиындатып, бағдарға байланысты болуы мүмкін екенін көрсетеді. Атап айтқанда, 3C-SiC гетероэпитаксиясы үшін Миллер индексі жоғары Si субстраттарын (мысалы, (311), (510)) пайдалану ешқашан хабарланбаған, бұл бағдарға тәуелді өсу механизмдерін зерттеу үшін маңызды орын қалдырды.
2. Эксперименттік
3C-SiC қабаттары SiH4/C3H8/H2 прекурсорлық газдарын пайдалана отырып, атмосфералық қысымды химиялық бу тұндыру (CVD) арқылы қойылды. Субстраттар әртүрлі бағдарлары бар 1 см² Si пластиналары болды: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) және (995). 2° кесілген пластиналар қосымша сыналған (100) қоспағанда, барлық субстраттар осьте болды. Өсу алдындағы тазалау метанолдағы ультрадыбыстық майсыздандыруды қамтыды. Өсу хаттамасы 1000°C температурада H2 жасыту арқылы табиғи оксидті жоюды, одан кейін стандартты екі сатылы процесті қамтиды: 1165°C температурада 12 sccm C3H8 арқылы 10 минут бойы карбюризациялау, содан кейін 1350°C температурада 60 минут бойы эпитаксициялау (C/Si қатынасы: Sc1.3H және sc4.3H = 52H арқылы) Әрбір өсу жүгірісі кемінде бір (100) анықтамалық пластинасы бар төрт-бес түрлі Si бағдарларын қамтиды.
3. Нәтижелер және талқылау
Әртүрлі Si субстраттарында өсірілген 3C-SiC қабаттарының морфологиясы (1-сурет) айқын бет ерекшеліктері мен кедір-бұдырлығын көрсетті. Көрнекі түрде Si(100), (211), (311), (553) және (995) бойынша өсірілген үлгілер айна тәрізді болды, ал басқалары сүтті ((331), (510)) бастап күңгіртке ((110), (111)) дейін өзгерді. Ең тегіс беттер (ең жақсы микроқұрылымды көрсететін) (100)2° өшіру және (995) негіздерде алынды. Бір қызығы, барлық қабаттар салқындағаннан кейін жарықтарсыз қалды, соның ішінде әдетте кернеуге бейім 3C-SiC(111). Кейбір үлгілерде жинақталған жылу кернеуіне байланысты 1000 × ұлғайту кезінде оптикалық микроскопияда анықталатын иілу (орталықтан шетке қарай 30-60 мкм ауытқу) болғанымен, сынаманың шектеулі мөлшері крекингке жол бермеуі мүмкін. Si(111), (211) және (553) субстраттарында өсірілген қатты иілген қабаттар кристаллографиялық бағдармен байланыстыру үшін қосымша тәжірибелік және теориялық жұмыстарды қажет ететін созылу деформациясын көрсететін ойыс пішіндерді көрсетті.
1-сурет әртүрлі бағдарлары бар Si субстраттарында өсірілген 3C-SC қабаттарының XRD және AFM (20×20 μ м2 сканерлеу) нәтижелерін қорытындылайды.
Атомдық күш микроскопиясы (AFM) суреттері (2-сурет) оптикалық бақылауларды растады. Түбір-орташа квадрат (RMS) мәндері 400-800 нм бүйір өлшемдері бар дән тәрізді құрылымдары бар (100)2° және (995) субстраттардағы ең тегіс беттерді растады. (110) өскен қабат ең өрескел болды, ал ұзартылған және/немесе кейде өткір шекаралары бар параллель белгілер басқа бағдарларда пайда болды ((331), (510)). Рентген сәулелерінің дифракциясы (XRD) θ-2θ сканерлеуі (1-кестеде жинақталған) поликристалдылықты көрсететін аралас 3C-SiC(111) және (110) шыңдарын көрсететін Si(110) қоспағанда, Миллер индексі төмен субстраттар үшін сәтті гетероэпитаксияны анықтады. Бұл бағытты араластыру Si(110) үшін бұрын хабарланған, дегенмен кейбір зерттеулер эксклюзивті (111)-бағдарланған 3C-SiC байқалды, бұл өсу жағдайын оңтайландырудың маңызды екенін көрсетеді. Миллер ≥5 ((510), (553), (995) индекстері үшін стандартты θ-2θ конфигурациясында XRD 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 болжайды.
2-суретте CFC кристалдық құрылымының ішіндегі жазық бұрыштың есебі көрсетілген.
Жоғары индексті және төмен индексті жазықтықтар арасындағы есептелген кристаллографиялық бұрыштар (2-кесте) стандартты θ-2θ сканерлерінде олардың жоқтығын түсіндіре отырып, үлкен қате бағдарларды (>10°) көрсетті. Полюс фигурасының талдауы (995)-бағдарланған үлгіде оның әдеттен тыс түйіршікті морфологиясына (бағаналық өсу немесе егізден болуы мүмкін) және төмен кедір-бұдырлыққа байланысты жүргізілді. Si субстратынан және 3C-SiC қабатынан алынған (111) полюс фигуралары (3-сурет) дерлік бірдей болды, бұл егіздіксіз эпитаксиалды өсуді растайды. Орталық нүкте теориялық (111)-(995) бұрышқа сәйкес келетін χ≈15°-та пайда болды. Күтілетін позицияларда симметрияға балама үш нүкте пайда болды (χ=56,2°/φ=269,4°, χ=79°/φ=146,7° және 33,6°), бірақ χ=62°/φ=93,3° болжанбаған әлсіз нүкте қосымша зерттеуді қажет етеді. φ-сканерлеуде нүкте ені арқылы бағаланатын кристалдық сапа перспективті болып көрінеді, дегенмен сандық анықтау үшін қисық сызықты өлшеу қажет. (510) және (553) үлгілер үшін полюс сандары олардың болжамды эпитаксиалды сипатын растау үшін аяқталуы керек.
3-суретте Si субстратының (a) және 3C-SiC қабатының (b) (111) жазықтығын көрсететін (995) бағдарланған үлгіде жазылған XRD шыңының диаграммасы көрсетілген.
4. Қорытынды
Гетероэпитаксиалды 3C-SiC өсімі поликристалды материалды беретін (110) қоспағанда, Si бағдарларының көпшілігінде сәтті болды. Si(100)2° және (995) субстраттар ең тегіс қабаттарды (RMS <1 нм) түзді, ал (111), (211) және (553) айтарлықтай иілу (30-60 мкм) көрсетті. Жоғары индексі бар субстраттар θ-2θ шыңдарының болмауына байланысты эпитаксияны растау үшін кеңейтілген XRD сипаттамасын (мысалы, полюс фигуралары) қажет етеді. Ағымдағы жұмыс қисық сызықты өлшеуді, Раман кернеуін талдауды және осы зерттеуді аяқтау үшін қосымша жоғары индексті бағдарларды кеңейтуді қамтиды.
Тігінен біріктірілген өндіруші ретінде XKH 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P және 3C-SiC қоса стандартты және мамандандырылған түрлерін ұсынатын кремний карбидті негіздердің жан-жақты портфолиосымен кәсіби теңшелген өңдеу қызметтерін ұсынады, диаметрі 2 дюймден 12 дюймге дейін. Кристаллдың өсуі, дәл өңдеу және сапаны қамтамасыз етудегі біздің тәжірибеміз қуат электроникасы, РЖ және жаңадан пайда болған қосымшалар үшін арнайы шешімдерді қамтамасыз етеді.
Жіберу уақыты: 08 тамыз 2025 ж