1. Giriş
Onilliklər ərzində aparılan tədqiqatlara baxmayaraq, silikon substratlarda yetişdirilən heteroepitaksial 3C-SiC hələ də sənaye elektron tətbiqləri üçün kifayət qədər kristal keyfiyyətinə nail olmayıb. Böyümə adətən Si(100) və ya Si(111) substratlarında həyata keçirilir, hər biri fərqli problemlər təqdim edir: (100) üçün anti-faza domenləri və (111) üçün krekinq. [111] yönümlü filmlər azalmış qüsur sıxlığı, təkmilləşdirilmiş səth morfologiyası və aşağı gərginlik kimi perspektivli xüsusiyyətlər nümayiş etdirsə də, (110) və (211) kimi alternativ oriyentasiyalar hələ də öyrənilməmiş qalır. Mövcud məlumatlar göstərir ki, optimal böyümə şəraiti oriyentasiyaya xas ola bilər və sistemli araşdırmanı çətinləşdirir. Xüsusilə, 3C-SiC heteroepitaksi üçün daha yüksək Miller indeksli Si substratlarının (məsələn, (311), (510)) istifadəsi heç vaxt bildirilməmişdir və oriyentasiyadan asılı böyümə mexanizmləri üzrə kəşfiyyat tədqiqatları üçün əhəmiyyətli yer buraxmışdır.
2. Eksperimental
3C-SiC təbəqələri SiH4/C3H8/H2 prekursor qazlarından istifadə etməklə atmosfer təzyiqli kimyəvi buxar çökmə (CVD) vasitəsilə çökdürülmüşdür. Substratlar müxtəlif istiqamətlərə malik 1 sm² Si vaflilər idi: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) və (995). 2° kəsilmiş vaflilərin əlavə sınaqdan keçirildiyi (100) istisna olmaqla, bütün substratlar ox üzərində idi. Böyümə öncəsi təmizləmə metanolda ultrasəs yağdan təmizlənməni əhatə edirdi. Böyümə protokolu 1000°C-də H2 yumşaltma yolu ilə təbii oksidin çıxarılmasını, ardınca standart iki mərhələli prosesdən ibarətdir: 12 sccm C3H8 ilə 1165°C-də 10 dəqiqə karbürləşdirmə, sonra 1350°C-də 60 dəqiqə epitaksiya (C/Si nisbəti: SC4sm.C və sc4sm.C-dən istifadə edərək = 4) Hər bir artım dövrəsi ən azı bir (100) istinad vafli ilə dörd-beş fərqli Si istiqamətini əhatə edirdi.
3. Nəticələr və Müzakirə
Müxtəlif Si substratlarında yetişdirilən 3C-SiC təbəqələrinin morfologiyası (Şəkil 1) fərqli səth xüsusiyyətlərini və pürüzlülüyünü göstərdi. Vizual olaraq Si(100), (211), (311), (553) və (995) üzərində yetişdirilən nümunələr güzgü kimi görünür, digərləri isə südlü ((331), (510)) ilə tutqun ((110), (111)) arasında dəyişirdi. Ən hamar səthlər (ən yaxşı mikro quruluşu göstərən) (100)2° və (995) substratda əldə edilmişdir. Maraqlıdır ki, bütün təbəqələr soyuduqdan sonra çatsız qalmışdır, o cümlədən adətən gərginliyə meyilli 3C-SiC(111). Məhdud nümunə ölçüsü krekinqin qarşısını almış ola bilər, baxmayaraq ki, bəzi nümunələr yığılmış termal stress səbəbindən 1000 × böyüdülmədə optik mikroskop altında aşkar edilə bilən əyilmə (mərkəzdən kənara 30-60 μm əyilmə) nümayiş etdirdi. Si(111), (211) və (553) substratlarda böyüdülmüş yüksək əyilmiş təbəqələr, kristalloqrafik oriyentasiya ilə əlaqələndirmək üçün əlavə eksperimental və nəzəri iş tələb edən dartılma gərginliyini göstərən konkav formaları nümayiş etdirdi.
Şəkil 1 müxtəlif oriyentasiyalı Si substratlarında yetişdirilmiş 3C-SC təbəqələrinin XRD və AFM (20×20 μ m2-də skan) nəticələrini ümumiləşdirir.
Atom qüvvəsi mikroskopiyası (AFM) şəkilləri (Şəkil 2) optik müşahidələri təsdiqlədi. Kök-orta-kvadrat (RMS) dəyərləri 400-800 nm yanal ölçüləri olan taxıl kimi strukturları özündə əks etdirən (100)2° və (995) substratlarda ən hamar səthləri təsdiqlədi. (110) yetişdirilmiş təbəqə ən kobud idi, digər istiqamətlərdə isə bəzən kəskin sərhədləri olan uzunsov və/yaxud paralel xüsusiyyətlər göründü ((331), (510)). X-şüalarının difraksiyasının (XRD) θ-2θ skanları (Cədvəl 1-də ümumiləşdirilmişdir) polikristallığı göstərən qarışıq 3C-SiC(111) və (110) zirvələri göstərən Si(110) istisna olmaqla, aşağı Miller indeksli substratlar üçün uğurlu heteroepitaksiya aşkar etdi. Bu oriyentasiya qarışığı əvvəllər Si(110) üçün bildirilmişdi, baxmayaraq ki, bəzi tədqiqatlar eksklüziv (111)-yönümlü 3C-SiC müşahidə etdi və bu, böyümə vəziyyətinin optimallaşdırılmasının kritik olduğunu göstərir. Miller indeksləri ≥5 ((510), (553), (995) üçün standart θ-2θ konfiqurasiyasında heç bir XRD zirvəsi aşkar edilmədi, çünki bu yüksək indeksli təyyarələr bu həndəsədə difraksiyaya məruz qalmır. Aşağı indeksli 3C-SiC zirvələrinin olmaması (məsələn, (111), (200)) aşağı indeksli müstəvilərdən difraksiyanı aşkar etmək üçün nümunənin əyilməsini tələb edən monokristal böyüməsini göstərir.
Şəkil 2-də CFC kristal quruluşu daxilində müstəvi bucağın hesablanması göstərilir.
Yüksək indeksli və aşağı indeksli təyyarələr arasında hesablanmış kristalloqrafik bucaqlar (Cədvəl 2) standart θ-2θ skanlarında onların olmamasını izah edən böyük yanlış oriyentasiyaları (>10°) göstərdi. Qeyri-adi dənəvər morfologiyası (potensial olaraq sütunvari böyümə və ya əkizləşmədən) və aşağı kobudluğa görə (995) yönümlü nümunədə qütb fiqurlarının təhlili aparıldı. Si substratından və 3C-SiC təbəqəsindən olan (111) qütb fiqurları (Şəkil 3) təxminən eyni idi ki, bu da əkizləşmədən epitaksial böyüməni təsdiqləyir. Mərkəzi nöqtə nəzəri (111)-(995) bucağa uyğun gələn χ≈15°-də meydana çıxdı. Gözlənilən mövqelərdə (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° və 33.6°) üç simmetriya-ekvivalent ləkə meydana çıxdı, baxmayaraq ki, χ=62°/φ=93.3°-də gözlənilməz zəif nöqtə əlavə araşdırma tələb edir. φ-skanlarda ləkə eni ilə qiymətləndirilən kristal keyfiyyət perspektivli görünür, baxmayaraq ki, kəmiyyətin müəyyən edilməsi üçün sallanan əyri ölçmələrə ehtiyac var. (510) və (553) nümunələr üçün qütb rəqəmləri onların ehtimal olunan epitaksial təbiətini təsdiqləmək üçün tamamlanmalıdır.
Şəkil 3-də Si substratının (a) və 3C-SiC təbəqəsinin (b) (111) müstəvilərini göstərən (995) yönümlü nümunədə qeydə alınmış XRD pik diaqramı göstərilir.
4. Nəticə
Heteroepitaksial 3C-SiC artımı polikristal material verən (110) istisna olmaqla, əksər Si oriyentasiyalarında uğur qazandı. Si(100)2° off və (995) substratlar ən hamar təbəqələri (RMS <1 nm) əmələ gətirdi, (111), (211) və (553) isə əhəmiyyətli əyilmə (30-60 μm) göstərdi. Yüksək indeksli substratlar θ-2θ zirvələrinin olmaması səbəbindən epitaksiyanı təsdiqləmək üçün qabaqcıl XRD xarakteristikası tələb edir (məsələn, qütb rəqəmləri). Davam edən işə sallanan əyri ölçmələri, Raman stress analizi və bu kəşfiyyat tədqiqatını başa çatdırmaq üçün əlavə yüksək indeksli oriyentasiyaların genişləndirilməsi daxildir.
Şaquli inteqrasiya edilmiş istehsalçı olaraq, XKH, 2 düymdən 12 düymədək diametrlərdə mövcud olan 4H/6H-N, 4H-Yarı, 4H/6H-P və 3C-SiC daxil olmaqla, standart və ixtisaslaşdırılmış növlər təklif edən geniş silisium karbid substratları portfeli ilə peşəkar xüsusi emal xidmətləri təqdim edir. Kristalların böyüməsi, dəqiq emal və keyfiyyət təminatı sahəsində mükəmməl təcrübəmiz güc elektronikası, RF və yeni yaranan tətbiqlər üçün uyğunlaşdırılmış həllər təmin edir.
Göndərmə vaxtı: 08 avqust 2025-ci il