1. Hyrje
Pavarësisht dekadave të kërkimit, 3C-SiC heteroepitaksial i rritur në substrate silikoni nuk ka arritur ende cilësi të mjaftueshme kristalore për aplikimet elektronike industriale. Rritja zakonisht kryhet në substrate Si(100) ose Si(111), secila prej të cilave paraqet sfida të dallueshme: domene antifazore për (100) dhe çarje për (111). Ndërsa filmat e orientuar nga [111] shfaqin karakteristika premtuese si dendësia e reduktuar e defekteve, morfologjia e përmirësuar e sipërfaqes dhe stresi më i ulët, orientimet alternative si (110) dhe (211) mbeten të pa studiuara mirë. Të dhënat ekzistuese sugjerojnë që kushtet optimale të rritjes mund të jenë specifike për orientimin, duke e komplikuar hetimin sistematik. Veçanërisht, përdorimi i substrateve Si me indeks Miller më të lartë (p.sh., (311), (510)) për heteroepitaksi 3C-SiC nuk është raportuar kurrë, duke lënë hapësirë të konsiderueshme për kërkime eksploruese mbi mekanizmat e rritjes që varen nga orientimi.
2. Eksperimentale
Shtresat 3C-SiC u depozituan nëpërmjet depozitimit kimik të avullit në presion atmosferik (CVD) duke përdorur gazra pararendës SiH4/C3H8/H2. Substratet ishin pllaka Si 1 cm² me orientime të ndryshme: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) dhe (995). Të gjitha substratet ishin në bosht përveç (100), ku u testuan gjithashtu pllaka të prera 2°. Pastrimi para rritjes përfshinte heqjen e yndyrës me ultratinguj në metanol. Protokolli i rritjes përfshinte heqjen e oksidit nativ nëpërmjet pjekjes me H2 në 1000°C, e ndjekur nga një proces standard me dy hapa: karbonizim për 10 minuta në 1165°C me 12 sccm C3H8, pastaj epitaksi për 60 minuta në 1350°C (raporti C/Si = 4) duke përdorur 1.5 sccm SiH4 dhe 2 sccm C3H8. Çdo fazë rritjeje përfshinte katër deri në pesë orientime të ndryshme Si, me të paktën një (100) pllakë referimi.
3. Rezultatet dhe diskutimi
Morfologjia e shtresave 3C-SiC të rritura në substrate të ndryshme Si (Fig. 1) tregoi karakteristika të dallueshme sipërfaqësore dhe vrazhdësi. Vizualisht, mostrat e rritura në Si(100), (211), (311), (553) dhe (995) dukeshin si pasqyrë, ndërsa të tjerat varionin nga qumështore ((331), (510)) në të zbehta ((110), (111)). Sipërfaqet më të lëmuara (që tregojnë mikrostrukturën më të imët) u morën në substratet (100)2° off dhe (995). Çuditërisht, të gjitha shtresat mbetën pa çarje pas ftohjes, duke përfshirë 3C-SiC(111) që është zakonisht i prirur ndaj stresit. Madhësia e kufizuar e mostrës mund të ketë parandaluar çarjen, megjithëse disa mostra shfaqën përkulje (devijim 30-60 μm nga qendra në skaj) të dallueshme nën mikroskopi optike në zmadhim 1000× për shkak të stresit termik të akumuluar. Shtresat shumë të harkuara të rritura në substratet Si(111), (211) dhe (553) shfaqën forma konkave që tregonin sforcim në tërheqje, duke kërkuar punë të mëtejshme eksperimentale dhe teorike për t'u lidhur me orientimin kristalografik.
Figura 1 përmbledh rezultatet e XRD dhe AFM (skanim në 20×20 μ m2) të shtresave 3C-SC të rritura në substrate Si me orientime të ndryshme.
Imazhet e mikroskopisë së forcës atomike (AFM) (Fig. 2) vërtetuan vëzhgimet optike. Vlerat e rrënjës mesatare katrore (RMS) konfirmuan sipërfaqet më të lëmuara në substratet (100)2° larg dhe (995), duke paraqitur struktura të ngjashme me kokrriza me dimensione anësore 400-800 nm. Shtresa e rritur në (110) ishte më e ashpra, ndërsa tipare të zgjatura dhe/ose paralele me kufij të mprehtë herë pas here u shfaqën në orientime të tjera ((331), (510)). Skanimet θ-2θ të difraksionit me rreze X (XRD) (të përmbledhura në Tabelën 1) zbuluan heteroepitaksi të suksesshme për substratet me indeks më të ulët Miller, përveç Si(110) i cili tregoi maja të përziera 3C-SiC(111) dhe (110) që tregonin polikristalinitet. Kjo përzierje orientimi është raportuar më parë për Si(110), megjithëse disa studime vunë re 3C-SiC ekskluzivisht të orientuar në (111), duke sugjeruar që optimizimi i kushteve të rritjes është kritik. Për indekset Miller ≥5 ((510), (553), (995)), nuk u zbuluan maja XRD në konfigurimin standard θ-2θ pasi këto plane me indeks të lartë nuk janë difraksionuese në këtë gjeometri. Mungesa e majave 3C-SiC me indeks të ulët (p.sh., (111), (200)) sugjeron rritje monokristaline, që kërkon animin e mostrës për të zbuluar difraksionin nga planet me indeks të ulët.
Figura 2 tregon llogaritjen e këndit të rrafshit brenda strukturës kristalore të CFC-së.
Këndet e llogaritura kristalografike midis planeve me indeks të lartë dhe atyre me indeks të ulët (Tabela 2) treguan keqorientime të mëdha (>10°), duke shpjeguar mungesën e tyre në skanimet standarde θ-2θ. Analiza e figurës së polit u krye, pra, në mostrën e orientuar nga (995) për shkak të morfologjisë së saj të pazakontë granulare (potencialisht nga rritja kolonare ose binjakëzimi) dhe vrazhdësisë së ulët. Figurat e polit (111) (Fig. 3) nga substrati Si dhe shtresa 3C-SiC ishin pothuajse identike, duke konfirmuar rritjen epitaksiale pa binjakëzimin. Njolla qendrore u shfaq në χ≈15°, duke përputhur këndin teorik (111)-(995). Tre njolla ekuivalente me simetri u shfaqën në pozicionet e pritura (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° dhe 33.6°), megjithëse një njollë e dobët e paparashikuar në χ=62°/φ=93.3° kërkon hetime të mëtejshme. Cilësia kristalore, e vlerësuar nëpërmjet gjerësisë së njollave në φ-skanimet, duket premtuese, megjithëse matjet e kurbës së lëkundjes janë të nevojshme për përcaktim sasior. Figurat e poleve për mostrat (510) dhe (553) mbeten për t'u përfunduar për të konfirmuar natyrën e tyre të supozuar epitaksiale.
Figura 3 tregon diagramin e kulmit XRD të regjistruar në mostrën e orientuar (995), e cila shfaq planet (111) të substratit Si (a) dhe shtresës 3C-SiC (b).
4. Përfundim
Rritja heteroepitaksiale e 3C-SiC pati sukses në shumicën e orientimeve të Si përveç (110), e cila dha material polikristalin. Substratet Si(100)2° off dhe (995) prodhuan shtresat më të lëmuara (RMS <1 nm), ndërsa (111), (211) dhe (553) treguan përkulje të konsiderueshme (30-60 μm). Substratet me indeks të lartë kërkojnë karakterizim të avancuar XRD (p.sh., figura të poleve) për të konfirmuar epitaksi për shkak të mungesës së majave θ-2θ. Puna e vazhdueshme përfshin matjet e kurbës së lëkundjes, analizën e stresit Raman dhe zgjerimin në orientime shtesë me indeks të lartë për të përfunduar këtë studim eksplorues.
Si një prodhues i integruar vertikalisht, XKH ofron shërbime profesionale të përpunimit të personalizuara me një portofol gjithëpërfshirës të substrateve të karabit të silikonit, duke ofruar lloje standarde dhe të specializuara duke përfshirë 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P dhe 3C-SiC, të disponueshme në diametra nga 2 inç deri në 12 inç. Ekspertiza jonë e plotë në rritjen e kristaleve, përpunimin preciz dhe sigurimin e cilësisë siguron zgjidhje të personalizuara për elektronikën e fuqisë, RF dhe aplikacionet në zhvillim.
Koha e postimit: 08 Gusht 2025