1. Cyflwyniad
Er gwaethaf degawdau o ymchwil, nid yw 3C-SiC heteroepitaxial a dyfir ar swbstradau silicon wedi cyflawni ansawdd crisial digonol ar gyfer cymwysiadau electronig diwydiannol eto. Fel arfer, cynhelir twf ar swbstradau Si(100) neu Si(111), pob un yn cyflwyno heriau penodol: parthau gwrth-gyfnod ar gyfer (100) a chracio ar gyfer (111). Er bod ffilmiau sy'n canolbwyntio ar [111] yn arddangos nodweddion addawol fel dwysedd diffygion is, morffoleg arwyneb gwell, a straen is, mae cyfeiriadau amgen fel (110) a (211) yn parhau i fod heb eu hastudio'n ddigonol. Mae data presennol yn awgrymu y gallai amodau twf gorau posibl fod yn benodol i gyfeiriadedd, gan gymhlethu ymchwiliad systematig. Yn nodedig, ni adroddwyd erioed am ddefnyddio swbstradau Si mynegai Miller uwch (e.e., (311), (510)) ar gyfer heteroepitaxi 3C-SiC, gan adael lle sylweddol ar gyfer ymchwil archwiliadol ar fecanweithiau twf sy'n ddibynnol ar gyfeiriadedd.
2. Arbrofol
Dyddodwyd yr haenau 3C-SiC drwy ddyddodiad anwedd cemegol pwysedd atmosfferig (CVD) gan ddefnyddio nwyon rhagflaenol SiH4/C3H8/H2. Wafferi Si 1 cm² oedd y swbstradau gyda gwahanol gyfeiriadau: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), a (995). Roedd pob swbstrad ar yr echelin ac eithrio (100), lle profwyd wafferi oddi ar 2° yn ogystal. Roedd glanhau cyn-dyfu yn cynnwys dadfrasteru uwchsonig mewn methanol. Roedd y protocol twf yn cynnwys tynnu ocsid brodorol drwy anelio H2 ar 1000°C, ac yna proses safonol dau gam: carbureiddio am 10 munud ar 1165°C gyda 12 sccm C3H8, yna epitacsi am 60 munud ar 1350°C (cymhareb C/Si = 4) gan ddefnyddio 1.5 sccm SiH4 a 2 sccm C3H8. Roedd pob rhediad twf yn cynnwys pedwar i bum cyfeiriadedd Si gwahanol, gydag o leiaf un (100) wafer cyfeirio.
3. Canlyniadau a Thrafodaeth
Dangosodd morffoleg haenau 3C-SiC a dyfwyd ar wahanol swbstradau Si (Ffig. 1) nodweddion arwyneb a garwedd amlwg. Yn weledol, roedd samplau a dyfwyd ar Si(100), (211), (311), (553), a (995) yn ymddangos fel drych, tra bod eraill yn amrywio o laethog ((331), (510)) i ddiflas ((110), (111)). Cafwyd yr arwynebau llyfnaf (sy'n dangos y microstrwythur gorau) ar swbstradau (100)2° oddi ar a (995). Yn rhyfeddol, arhosodd yr holl haenau yn rhydd o graciau ar ôl oeri, gan gynnwys y 3C-SiC(111) sydd fel arfer yn dueddol o gael straen. Efallai bod maint cyfyngedig y sampl wedi atal cracio, er bod rhai samplau wedi arddangos plygu (gwyriad 30-60 μm o'r canol i'r ymyl) y gellir ei ganfod o dan ficrosgopeg optegol ar chwyddiad 1000× oherwydd straen thermol cronedig. Dangosodd haenau plygedig iawn a dyfwyd ar swbstradau Si(111), (211), a (553) siapiau ceugrwm yn dynodi straen tynnol, gan olygu bod angen gwaith arbrofol a damcaniaethol pellach i gydberthyn â chyfeiriadedd crisialograffig.
Mae Ffigur 1 yn crynhoi canlyniadau XRD ac AFM (sganio ar 20×20 μ m2) yr haenau 3C-SC a dyfwyd ar swbstradau Si â chyfeiriadau gwahanol.
Cadarnhaodd delweddau microsgopeg grym atomig (AFM) (Ffig. 2) arsylwadau optegol. Cadarnhaodd gwerthoedd gwreiddyn-cymedr-sgwâr (RMS) yr arwynebau llyfnaf ar swbstradau (100)2° oddi ar ac (995), yn cynnwys strwythurau tebyg i rawn gyda dimensiynau ochrol 400-800 nm. Yr haen a dyfwyd mewn (110) oedd yr un mwyaf garw, tra bod nodweddion hirgul a/neu gyfochrog gyda ffiniau miniog achlysurol yn ymddangos mewn cyfeiriadau eraill ((331), (510)). Datgelodd sganiau diffractiad pelydr-X (XRD) θ-2θ (a grynhoir yn Nhabl 1) heteroepitacsi llwyddiannus ar gyfer swbstradau mynegai Miller is, ac eithrio Si(110) a ddangosodd bigau cymysg 3C-SiC(111) a (110) yn dynodi polygrisialedd. Mae'r cymysgu cyfeiriadau hwn wedi'i adrodd yn flaenorol ar gyfer Si(110), er bod rhai astudiaethau wedi arsylwi 3C-SiC wedi'i gyfeirio'n (111) yn unig, gan awgrymu bod optimeiddio amodau twf yn hanfodol. Ar gyfer mynegeion Miller ≥5 ((510), (553), (995)), ni chanfuwyd unrhyw bigau XRD yn y cyfluniad safonol θ-2θ gan nad yw'r awyrennau mynegai uchel hyn yn diffreithio yn y geometreg hon. Mae absenoldeb pigynau 3C-SiC mynegai isel (e.e., (111), (200)) yn awgrymu twf crisialog sengl, sy'n gofyn am ogwyddo'r sampl i ganfod diffreithiad o awyrennau mynegai isel.
Mae Ffigur 2 yn dangos cyfrifiad yr ongl plân o fewn strwythur grisial CFC.
Dangosodd yr onglau crisialograffig a gyfrifwyd rhwng y planau mynegai uchel ac isel (Tabl 2) gamgyfeiriadau mawr (>10°), gan egluro eu habsenoldeb mewn sganiau θ-2θ safonol. Felly cynhaliwyd dadansoddiad ffigur polyn ar y sampl â chyfeiriadedd (995) oherwydd ei forffoleg gronynnog anarferol (o bosibl o dwf colofnog neu efeillio) a'i garwedd isel. Roedd ffigurau polyn (111) (Ffig. 3) o'r swbstrad Si a'r haen 3C-SiC bron yn union yr un fath, gan gadarnhau twf epitacsial heb efeillio. Ymddangosodd y smotyn canolog ar χ≈15°, gan gyd-fynd â'r ongl ddamcaniaethol (111)-(995). Ymddangosodd tri smotyn sy'n cyfateb i gymesuredd mewn safleoedd disgwyliedig (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° a 33.6°), er bod angen ymchwilio ymhellach i fan gwan annisgwyl ar χ=62°/φ=93.3°. Mae'r ansawdd crisialog, a aseswyd trwy led y smotyn mewn sganiau-φ, yn ymddangos yn addawol, er bod angen mesuriadau cromlin siglo i'w meintioli. Mae ffigurau polyn ar gyfer samplau (510) a (553) yn parhau i fod i gael eu cwblhau i gadarnhau eu natur epitacsial tybiedig.
Mae Ffigur 3 yn dangos y diagram brig XRD a gofnodwyd ar y sampl wedi'i chyfeirio at (995), sy'n arddangos awyrennau (111) y swbstrad Si (a) a'r haen 3C-SiC (b).
4. Casgliad
Llwyddodd twf heteroepitaxial 3C-SiC ar y rhan fwyaf o gyfeiriadau Si ac eithrio (110), a gynhyrchodd ddeunydd polygrisialog. Cynhyrchodd swbstradau Si(100)2° oddi ar ac (995) yr haenau llyfnaf (RMS <1 nm), tra bod (111), (211), a (553) wedi dangos plygu sylweddol (30-60 μm). Mae angen nodweddu XRD uwch (e.e., ffigurau polyn) ar swbstradau mynegai uchel i gadarnhau epitacsi oherwydd absenoldeb copaon θ-2θ. Mae gwaith parhaus yn cynnwys mesuriadau cromlin siglo, dadansoddiad straen Raman, ac ehangu i gyfeiriadau mynegai uchel ychwanegol i gwblhau'r astudiaeth archwiliadol hon.
Fel gwneuthurwr integredig fertigol, mae XKH yn darparu gwasanaethau prosesu proffesiynol wedi'u teilwra gyda phortffolio cynhwysfawr o swbstradau silicon carbid, gan gynnig mathau safonol ac arbenigol gan gynnwys 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, a 3C-SiC, sydd ar gael mewn diamedrau o 2 fodfedd i 12 modfedd. Mae ein harbenigedd o'r dechrau i'r diwedd mewn twf crisialau, peiriannu manwl gywir, a sicrhau ansawdd yn sicrhau atebion wedi'u teilwra ar gyfer electroneg pŵer, RF, a chymwysiadau sy'n dod i'r amlwg.
Amser postio: Awst-08-2025