1. Giriş
Onilliklər ərzində aparılan tədqiqatlara baxmayaraq, silikon substratlarda yetişdirilən heteroepitaksial 3C-SiC hələ də sənaye elektron tətbiqləri üçün kifayət qədər kristal keyfiyyətinə nail ola bilməyib. Böyümə adətən Si(100) və ya Si(111) substratlarında aparılır və hər biri fərqli çətinliklər yaradır: (100) üçün antifaz domenləri və (111) üçün çatlama. [111] yönümlü filmlər azalmış qüsur sıxlığı, təkmilləşdirilmiş səth morfologiyası və daha aşağı gərginlik kimi ümidverici xüsusiyyətlər nümayiş etdirsə də, (110) və (211) kimi alternativ oriyentasiyalar hələ də az öyrənilmişdir. Mövcud məlumatlar optimal böyümə şəraitinin oriyentasiyaya xas ola biləcəyini və sistematik tədqiqatı çətinləşdirdiyini göstərir. Xüsusilə, 3C-SiC heteroepitaksiyası üçün daha yüksək Miller indeksli Si substratlarının (məsələn, (311), (510)) istifadəsi heç vaxt bildirilməyib və bu da oriyentasiyadan asılı böyümə mexanizmləri üzrə kəşfiyyat tədqiqatları üçün əhəmiyyətli yer buraxıb.
2. Eksperimental
3C-SiC təbəqələri SiH4/C3H8/H2 öncü qazlarından istifadə edərək atmosfer təzyiqli kimyəvi buxar çöküntüsü (CVD) vasitəsilə çökdürülmüşdür. Substratlar müxtəlif istiqamətlərə malik 1 sm² Si lövhələri idi: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) və (995. Bütün substratlar (100) istisna olmaqla, ox üzərində idi, burada 2° kəsilmiş lövhələr əlavə olaraq sınaqdan keçirildi. Böyümədən əvvəlki təmizləmə metanolda ultrasəs yağsızlaşdırmanı əhatə edirdi. Böyümə protokolu, 1000°C-də H2 tavlama yolu ilə təbii oksidin çıxarılmasını və ardınca standart iki mərhələli prosesi əhatə edirdi: 1165°C-də 12 scm C3H8 ilə 10 dəqiqə karbürləşmə, sonra 1350°C-də 60 dəqiqə epitaksiya (C/Si nisbəti = 4), 1.5 scm SiH4 və 2 scm C3H8 istifadə edərək. Hər bir böyümə mərhələsi ən azı bir (100) istinad lövhəsi ilə dörd-beş fərqli Si istiqamətini əhatə edirdi.
3. Nəticələr və Müzakirə
Müxtəlif Si substratlarında yetişdirilən 3C-SiC təbəqələrinin morfologiyası (Şəkil 1) fərqli səth xüsusiyyətləri və pürüzlülük göstərdi. Vizual olaraq, Si(100), (211), (311), (553) və (995) üzərində yetişdirilən nümunələr güzgü kimi görünürdü, digərləri isə südlü ((331), (510))-dən tutqun ((110), (111))-ə qədər dəyişirdi. Ən hamar səthlər (ən incə mikrostrukturu göstərən) (100)2° açıq və (995) substratlarda əldə edildi. Diqqətəlayiq haldır ki, bütün təbəqələr, o cümlədən adətən gərginliyə meylli 3C-SiC(111) soyuduqdan sonra çatsız qaldı. Məhdud nümunə ölçüsü çatlamanın qarşısını almış ola bilər, baxmayaraq ki, bəzi nümunələrdə yığılmış istilik gərginliyi səbəbindən 1000 × böyütmədə optik mikroskopiya altında aşkar edilə bilən əyilmə (mərkəzdən kənara 30-60 μm əyilmə) müşahidə edildi. Si(111), (211) və (553) substratları üzərində yetişdirilən yüksək əyilmiş təbəqələr, dartılma deformasiyasını göstərən içbükey formalar göstərdi və bu da kristalloqrafik oriyentasiya ilə əlaqələndirmək üçün əlavə təcrübi və nəzəri iş tələb etdi.
Şəkil 1, fərqli istiqamətlərə malik Si substratlarında yetişdirilən 3C-SC təbəqələrinin XRD və AFM (20×20 μ m2-də skanlama) nəticələrini ümumiləşdirir.
Atom qüvvəsi mikroskopiyası (AFM) şəkilləri (Şəkil 2) optik müşahidələri təsdiqlədi. Orta kvadrat dəyər (RMS) dəyərləri (100)2° kənarda və (995) substratlarda ən hamar səthləri təsdiqlədi və 400-800 nm yan ölçülərə malik dənəvər strukturlara malikdir. (110)-da böyümüş təbəqə ən kobud idi, digər istiqamətlərdə isə bəzən kəskin sərhədləri olan uzunsov və/və ya paralel xüsusiyyətlər görünürdü ((331), (510)). Rentgen difraksiyası (XRD) θ-2θ skanları (Cədvəl 1-də ümumiləşdirilmiş), polikristallığı göstərən qarışıq 3C-SiC(111) və (110) zirvələrini göstərən Si(110) istisna olmaqla, aşağı Miller indeksli substratlar üçün uğurlu heteroepitaksiya aşkar etdi. Bu istiqamət qarışığı əvvəllər Si(110) üçün bildirilmişdi, baxmayaraq ki, bəzi tədqiqatlar eksklüziv (111)-yönümlü 3C-SiC müşahidə etdi və bu da böyümə şəraitinin optimallaşdırılmasının vacib olduğunu göstərir. Miller indeksləri ≥5 ((510), (553), (995)) üçün standart θ-2θ konfiqurasiyasında heç bir XRD pik aşkar edilmədi, çünki bu yüksək indeksli müstəvilər bu həndəsədə difraksiya etmir. Aşağı indeksli 3C-SiC piklərinin olmaması (məsələn, (111), (200)) aşağı indeksli müstəvilərdən difraksiyanı aşkar etmək üçün nümunənin əyilməsini tələb edən tək kristal böyüməni göstərir.
Şəkil 2, CFC kristal strukturu daxilində müstəvi bucağının hesablanmasını göstərir.
Yüksək indeksli və aşağı indeksli müstəvilər arasında hesablanmış kristalloqrafik bucaqlar (Cədvəl 2) böyük səhv istiqamətləndirmələr (>10°) göstərdi ki, bu da standart θ-2θ skanlarında onların olmamasını izah edir. Buna görə də, qeyri-adi dənəvər morfologiyası (potensial olaraq sütunlu böyümə və ya əkizləşmədən) və aşağı pürüzlülüyü səbəbindən (995) yönümlü nümunədə qütb fiqurlarının təhlili aparıldı. Si substratından və 3C-SiC təbəqəsindən (111) qütb fiqurları (Şəkil 3) demək olar ki, eyni idi və əkizləşmədən epitaksial böyüməni təsdiqlədi. Mərkəzi ləkə nəzəri (111)-(995) bucağına uyğun olaraq χ≈15°-də göründü. Gözlənilən mövqelərdə üç simmetriya ekvivalenti ləkə (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° və 33.6°) göründü, baxmayaraq ki, χ=62°/φ=93.3°-də gözlənilməz zəif nöqtə əlavə araşdırma tələb edir. φ-skanlarda ləkə eni ilə qiymətləndirilən kristal keyfiyyəti ümidverici görünür, baxmayaraq ki, kəmiyyətləndirmə üçün yellənmə əyrisi ölçmələri tələb olunur. (510) və (553) nümunələrinin qütb rəqəmləri onların ehtimal olunan epitaksial təbiətini təsdiqləmək üçün tamamlanmalıdır.
Şəkil 3, (995) yönümlü nümunədə qeydə alınmış XRD pik diaqramını göstərir və bu diaqram Si substratının (a) və 3C-SiC təbəqəsinin (b) (111) müstəvilərini göstərir.
4. Nəticə
Heteroepitaksial 3C-SiC böyüməsi, (110) istisna olmaqla, əksər Si istiqamətlərində uğur qazandı və bu da polikristal material verdi. Si(100)2° kənarda və (995) substratlar ən hamar təbəqələr yaratdı (RMS <1 nm), (111), (211) və (553) isə əhəmiyyətli əyilmə (30-60 μm) göstərdi. Yüksək indeksli substratlar, θ-2θ zirvələrinin olmaması səbəbindən epitaksiyanı təsdiqləmək üçün qabaqcıl XRD xarakteristikasını (məsələn, qütb fiqurları) tələb edir. Davam edən işlərə bu kəşfiyyat tədqiqatını tamamlamaq üçün yellənmə əyrisi ölçmələri, Raman gərginlik təhlili və əlavə yüksək indeksli istiqamətlərə genişləndirmə daxildir.
Şaquli inteqrasiya olunmuş istehsalçı olaraq, XKH, 2 düymdən 12 düymə qədər diametrlərdə mövcud olan 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P və 3C-SiC daxil olmaqla standart və ixtisaslaşmış növləri təklif edən geniş çeşidli silikon karbid substratları portfeli ilə peşəkar xüsusi emal xidmətləri təqdim edir. Kristalların yetişdirilməsi, dəqiq emal və keyfiyyət təminatı sahəsindəki kompleks təcrübəmiz güc elektronikası, RF və inkişaf etməkdə olan tətbiqlər üçün xüsusi həllər təmin edir.
Yazı vaxtı: 08 Avqust 2025