1. መግቢያ
ለብዙ አሥርተ ዓመታት ምርምር ቢደረግም፣ በሲሊኮን ንጥረ ነገሮች ላይ የሚበቅለው heteroepitaxial 3C-SiC ለኢንዱስትሪ ኤሌክትሮኒክስ አፕሊኬሽኖች በቂ ክሪስታል ጥራትን ገና አላገኘም። እድገቱ በተለምዶ በሲ(100) ወይም በሲ(111) ንኡስ ክፍሎች ላይ ይከናወናል፣ እያንዳንዱም የተለየ ፈተናዎችን ያቀርባል፡ ፀረ-ደረጃ ጎራዎች ለ(100) እና ለ(111) ስንጥቅ። [111]-ተኮር ፊልሞች እንደ ጉድለት ጥግግት ፣ የተሻሻለ የገጽታ ሞርፎሎጂ እና ዝቅተኛ ጭንቀት ያሉ ተስፋ ሰጭ ባህሪያትን ሲያሳዩ እንደ (110) እና (211) ያሉ አማራጭ አቅጣጫዎች ገና አልተጠናም። አሁን ያለው መረጃ እንደሚያመለክተው ጥሩ የእድገት ሁኔታዎች አቅጣጫ-ተኮር፣ ስልታዊ ምርመራን የሚያወሳስብ ሊሆን ይችላል። በተለይም ከፍተኛ ሚለር-ኢንዴክስ Si substrates (ለምሳሌ (311)፣ (510)) ለ 3C-SiC heteroepitaxy ጥቅም ላይ መዋሉ ሪፖርት ተደርጎ አያውቅም፣በአቅጣጫ ላይ ጥገኛ በሆኑ የእድገት ዘዴዎች ላይ ለአሰሳ ጥናት ትልቅ ቦታ ትቷል።
2. የሙከራ
የ3C-SiC ንብርብሮች በከባቢ-ግፊት ኬሚካላዊ ትነት ክምችት (CVD) በኩል በሲኤች 4/C3H8/H2 ቀዳሚ ጋዞች በመጠቀም ተቀምጠዋል። መለዋወጫዎቹ 1 ሴ.ሜ² ሲ ዋፈርዎች የተለያዩ አቅጣጫዎች ነበሩ፡ (100)፣ (111)፣ (110)፣ (211)፣ (311)፣ (331)፣ (510)፣ (553) እና (995)። ከ(100) በስተቀር ሁሉም ተተኪዎች በዘንግ ላይ ነበሩ፣ 2° የተቆረጡ ዋይፋሮች በተጨማሪ ተፈትነዋል። የቅድመ-እድገት ጽዳት በሜታኖል ውስጥ የአልትራሳውንድ መበስበስን ያካትታል። የዕድገት ፕሮቶኮሉ በH2 annealing በ 1000 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ በH2 annealing በኩል፣ መደበኛ ባለ ሁለት ደረጃ ሂደት ይከተላል፡ ካርቡራይዜሽን ለ 10 ደቂቃ በ1165 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በ12 ሴ.ሜ C3H8፣ ከዚያም ኤፒታክሲን ለ60 ደቂቃ በ1350°C (ሲ/ሲሲሲ ሬሾ = 5) ሲ.ኤች.3.8 ሴ.ሜ.2 ሲ 1.3. እያንዳንዱ የእድገት ሩጫ ከአራት እስከ አምስት የተለያዩ የሲ አቅጣጫዎችን ያካትታል፣ ቢያንስ አንድ (100) ዋፈር።
3. ውጤቶች እና ውይይት
በተለያዩ የ Si substrates (ምስል 1) ላይ የበቀለው የ3C-SiC ንጣፎች ሞርፎሎጂ የተለየ የወለል ገፅታዎችን እና ሸካራነትን አሳይቷል። በእይታ፣ በሲ (100)፣ (211)፣ (311)፣ (553) እና (995) ላይ የበቀሉት ናሙናዎች እንደ መስታወት ሆነው ሲታዩ ሌሎች ደግሞ ከወተት ((331)፣ (510)) እስከ ደብዛዛ ((110)፣ (111)) ይደርሳሉ። በጣም ለስላሳ ንጣፎች (ምርጥ ጥቃቅን መዋቅርን የሚያሳዩ) በ (100) 2 ° ጠፍቷል እና (995) ንጣፎች ላይ ተገኝተዋል. በሚያስደንቅ ሁኔታ ሁሉም ንብርብሮች ከቀዘቀዙ በኋላ ከስንጥቅ ነፃ ሆነው ቆይተዋል፣በተለምዶ ለጭንቀት ተጋላጭ የሆነውን 3C-SiC(111)ን ጨምሮ። የተገደበው የናሙና መጠን መሰንጠቅን ከለከለው ሊሆን ይችላል፣ ምንም እንኳን አንዳንድ ናሙናዎች በተከማቸ የሙቀት ጭንቀት ምክንያት በ1000 × ማጉላት በኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ ሊታወቅ የሚችል መስገድ (ከ30-60 μm ከመሃል ወደ ጠርዝ ማፈንገጥ) ቢያሳይም። በሲ(111)፣ (211) እና (553) substrates ላይ የሚበቅሉ በጣም የተጎነበሱ ንብርብሮች የተጠጋጋ ቅርጾችን የሚያሳዩ የተሸከሙት ጥንካሬን የሚያመለክቱ ሲሆን ይህም ከክሪስሎግራፊክ አቅጣጫ ጋር ለማዛመድ ተጨማሪ የሙከራ እና የንድፈ ሃሳባዊ ስራን ይፈልጋል።
ምስል 1 የ XRD እና AFM (በ 20 × 20 μm2 ላይ በመቃኘት) የ 3C-SC ንብርብሮችን በተለያዩ አቅጣጫዎች ያደጉ ውጤቶችን ያጠቃልላል።
የአቶሚክ ኃይል ማይክሮስኮፕ (ኤኤፍኤም) ምስሎች (ምስል 2) የተረጋገጡ የኦፕቲካል ምልከታዎች. ስርወ-አማካኝ-ካሬ (RMS) እሴቶች ከ400-800 nm የጎን ልኬቶች ጋር እህል መሰል አወቃቀሮችን በማሳየት በ(100)2° off and (995) substrates ላይ ለስላሳ ንጣፎች አረጋግጠዋል። (110) - ያደገው ንብርብር በጣም ሻካራ ነበር፣ ረዣዥም እና/ወይም ትይዩ ባህሪያቶች አልፎ አልፎ ስለታም ድንበሮች በሌሎች አቅጣጫዎች ((331)፣ (510) ታይተዋል። X-ray diffraction (XRD) θ-2θ ስካን (በሰንጠረዥ 1 ውስጥ የተገለፀው) ከሲ(110) በስተቀር ለታችኛው ሚለር-ኢንዴክስ ንኡስ ንጣፎች የተሳካ ሄትሮፒታክሲን አሳይቷል፣ ይህም ከሲ(110) በስተቀር የተቀላቀለ 3C-SiC (111) እና (110) ፖሊክሪስታሊኒቲን የሚያመለክቱ ከፍተኛ ደረጃዎችን ያሳያል። ይህ የአቅጣጫ ቅይጥ ከዚህ ቀደም ለሲ(110) ሪፖርት ተደርጓል፣ ምንም እንኳን አንዳንድ ጥናቶች ለየት ያለ (111) ተኮር 3C-SiC ቢታዩም፣ የእድገት ሁኔታን ማመቻቸት ወሳኝ መሆኑን ይጠቁማሉ። ለ ሚለር ኢንዴክሶች ≥5 ((510)፣ (553)፣ (995))፣ እነዚህ ከፍተኛ ኢንዴክስ አውሮፕላኖች በዚህ ጂኦሜትሪ ውስጥ የማይለያዩ በመሆናቸው በመደበኛ θ-2θ ውቅረት ውስጥ ምንም የXRD ጫፎች አልተገኙም። ዝቅተኛ-ኢንዴክስ 3C-SiC ጫፎች (ለምሳሌ, (111), (200)) አለመኖር ነጠላ-ክሪስታልን እድገትን ይጠቁማል, ከዝቅተኛ-ኢንዴክስ አውሮፕላኖች ልዩነትን ለመለየት ናሙና ማዘንበል ያስፈልገዋል.
ምስል 2 በሲኤፍሲ ክሪስታል መዋቅር ውስጥ የአውሮፕላኑን አንግል ስሌት ያሳያል.
በከፍተኛ-ኢንዴክስ እና ዝቅተኛ-ኢንዴክስ አውሮፕላኖች (ሠንጠረዥ 2) መካከል ያሉ የተሰላ ክሪስታሎግራፊክ ማዕዘኖች በመደበኛ θ-2θ ቅኝቶች ውስጥ አለመኖራቸውን በማብራራት ትልቅ ጥርጣሬዎችን (> 10 °) አሳይተዋል። የዋልታ ምስል ትንተና የተካሄደው በ (995) ተኮር ናሙና ላይ ባልተለመደ የጥራጥሬ ሞርፎሎጂ (ከአምድ እድገት ወይም መንታ ሊሆን ይችላል) እና ዝቅተኛ ሸካራነት ምክንያት ነው። ከሲ substrate እና 3C-SiC ንብርብር (111) ምሰሶ ምስሎች (ምስል 3) ከሞላ ጎደል ተመሳሳይ ነበሩ፣ ይህም ያለ መንታ ኤፒታክሲያል እድገትን ያረጋግጣል። ማዕከላዊው ቦታ ከቲዎሪቲካል (111) - (995) አንግል ጋር በማዛመድ በχ≈15 ° ታየ። በተጠበቀው ቦታ ላይ ሶስት የተመጣጠነ-አመጣጣኝ ነጠብጣቦች (χ=56.2°/φ=269.4°፣ χ=79°/φ=146.7° እና 33.6°)፣ ምንም እንኳን ያልታሰበ ደካማ ቦታ χ=62°/φ=93.3° ተጨማሪ ምርመራን የሚጠይቅ ቢሆንም። በ φ-scans ውስጥ በስፖት ስፋት በኩል የተገመገመው ክሪስታላይን ጥራት ተስፋ ሰጭ ይመስላል፣ ምንም እንኳን ለመጠኑ የሚወዛወዝ ከርቭ መለኪያዎች ያስፈልጋሉ። ለ(510) እና (553) ናሙናዎች የሚገመቱትን የኤፒታክሲያል ተፈጥሮን ለማረጋገጥ የዋልታ አሃዞች ለመጨረስ ይቀራሉ።
ምስል 3 በ (995) ተኮር ናሙና ላይ የተመዘገበውን የ XRD ጫፍ ዲያግራም ያሳያል፣ ይህም የሲ ንኡስ ፕላስተር (a) እና 3C-SiC ንብርብር (ለ) (111) አውሮፕላኖችን ያሳያል።
4. መደምደሚያ
Heteroepitaxial 3C-SiC ዕድገት ከ(110) በስተቀር በአብዛኛዎቹ የሲ አቅጣጫዎች ተሳክቷል፣ ይህም የ polycrystalline ቁስን አስገኝቷል። ሲ(100)2° ጠፍቷል እና (995) substrates በጣም ለስላሳ ሽፋኖችን (RMS <1 nm) አምርተዋል፣ (111)፣ (211) እና (553) ጉልህ የሆነ መስገድ (30-60 μm) አሳይተዋል። ባለከፍተኛ መረጃ ጠቋሚዎች θ-2θ ቁንጮዎች በሌሉበት ምክንያት ኤፒታክሲን ለማረጋገጥ የላቀ የXRD ባህሪን (ለምሳሌ፣ ምሰሶ ምስሎች) ያስፈልጋቸዋል። በመካሄድ ላይ ያለው ሥራ ይህን የአሳሽ ጥናት ለማጠናቀቅ የሮክንግ ከርቭ መለኪያዎችን፣ የራማን ጭንቀትን ትንተና እና ወደ ተጨማሪ የከፍተኛ መረጃ ጠቋሚ አቅጣጫዎች መስፋፋትን ያጠቃልላል።
በአቀባዊ የተቀናጀ አምራች እንደመሆኖ፣ XKH ከ2-ኢንች እስከ 12 ኢንች ባለው ዲያሜትሮች የሚገኙ 4H/6H-N፣ 4H-Semi፣ 4H/6H-P እና 3C-SiCን ጨምሮ ደረጃቸውን የጠበቁ እና ልዩ ዓይነቶችን በማቅረብ ከሲሊኮን ካርቦዳይድ ንኡስ ፖርትፎሊዮ ጋር ሙያዊ ብጁ የማቀነባበሪያ አገልግሎቶችን ይሰጣል። በክሪስታል እድገት፣ ትክክለኛ ማሽነሪ እና የጥራት ማረጋገጫ ከጫፍ እስከ ጫፍ ያለን እውቀት ለኤሌክትሪክ ሃይል ኤሌክትሮኒክስ፣ RF እና ለታዳጊ መተግበሪያዎች ብጁ መፍትሄዎችን ያረጋግጣል።
የልጥፍ ሰዓት፡- ኦገስት-08-2025