1. Panimula
Sa kabila ng mga dekada ng pananaliksik, ang heteroepitaxial 3C-SiC na lumago sa mga substrate ng silikon ay hindi pa nakakamit ng sapat na kalidad ng kristal para sa mga pang-industriyang elektronikong aplikasyon. Karaniwang ginagawa ang paglago sa mga substrate ng Si(100) o Si(111), bawat isa ay nagpapakita ng mga natatanging hamon: mga anti-phase na domain para sa (100) at pag-crack para sa (111). Habang ang mga pelikulang nakatuon sa [111] ay nagpapakita ng mga magagandang katangian tulad ng pinababang density ng depekto, pinahusay na morpolohiya sa ibabaw, at mas mababang stress, ang mga alternatibong oryentasyon tulad ng (110) at (211) ay nananatiling hindi pinag-aralan. Iminumungkahi ng umiiral na data na ang pinakamainam na mga kondisyon ng paglago ay maaaring partikular sa oryentasyon, nagpapalubha ng sistematikong pagsisiyasat. Kapansin-pansin, ang paggamit ng mas mataas na-Miller-index Si substrates (hal., (311), (510)) para sa 3C-SiC heteroepitaxy ay hindi pa naiulat, na nag-iiwan ng malaking puwang para sa pagsasaliksik sa pagsasaliksik sa mga mekanismo ng paglago na umaasa sa oryentasyon.
2. Eksperimento
Ang mga layer ng 3C-SiC ay idineposito sa pamamagitan ng atmospheric-pressure chemical vapor deposition (CVD) gamit ang SiH4/C3H8/H2 precursor gases. Ang mga substrate ay 1 cm² Si wafer na may iba't ibang oryentasyon: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), at (995). Ang lahat ng mga substrate ay on-axis maliban sa (100), kung saan ang 2° off-cut na mga wafer ay karagdagang nasubok. Ang paglilinis bago ang paglaki ay nagsasangkot ng ultrasonic degreasing sa methanol. Binubuo ng growth protocol ang pag-alis ng katutubong oxide sa pamamagitan ng H2 annealing sa 1000°C, na sinusundan ng isang karaniwang dalawang hakbang na proseso: carburization sa loob ng 10 minuto sa 1165°C na may 12 sccm C3H8, pagkatapos ay epitaxy sa loob ng 60 minuto sa 1350°C (C/Si ratio = 4) gamit ang SiscH4 at C2Cm 3 sc. Ang bawat growth run ay may kasamang apat hanggang limang magkakaibang Si orientation, na may hindi bababa sa isang (100) reference wafer.
3. Mga Resulta at Talakayan
Ang morpolohiya ng 3C-SiC na mga layer na lumago sa iba't ibang Si substrate (Larawan 1) ay nagpakita ng mga natatanging tampok sa ibabaw at pagkamagaspang. Biswal, ang mga sample na lumaki sa Si(100), (211), (311), (553), at (995) ay mukhang salamin, habang ang iba ay mula sa gatas ((331), (510)) hanggang mapurol ((110), (111)). Ang pinakamakinis na ibabaw (na nagpapakita ng pinakamagandang microstructure) ay nakuha sa (100)2° off at (995) na mga substrate. Kapansin-pansin, ang lahat ng mga layer ay nanatiling crack-free pagkatapos ng paglamig, kasama ang karaniwang stress-prone na 3C-SiC(111). Ang limitadong laki ng sample ay maaaring pumigil sa pag-crack, kahit na ang ilang mga sample ay nagpakita ng pagyuko (30-60 μm na pagpapalihis mula sa gitna hanggang sa gilid) na nakikita sa ilalim ng optical microscopy sa 1000 × magnification dahil sa naipon na thermal stress. Ang mga highly bowed na layer na lumago sa Si(111), (211), at (553) na mga substrate ay nagpakita ng mga malukong hugis na nagpapahiwatig ng tensile strain, na nangangailangan ng karagdagang eksperimental at teoretikal na gawain upang maiugnay sa crystallographic na oryentasyon.
Ang Figure 1 ay nagbubuod sa XRD at AFM (pag-scan sa 20 × 20 μm2) na mga resulta ng mga layer ng 3C-SC na lumago sa mga substrate ng Si na may iba't ibang mga oryentasyon.
Ang mga larawan ng atomic force microscopy (AFM) (Larawan 2) ay pinatunayan ang mga optical na obserbasyon. Kinumpirma ng mga value ng root-mean-square (RMS) ang pinakamakikinis na surface sa (100)2° off at (995) na mga substrate, na nagtatampok ng mga istrukturang tulad ng butil na may 400-800 nm lateral na dimensyon. Ang (110) -grown layer ay ang pinakamagaspang, habang ang mga pinahabang at/o parallel na mga tampok na may paminsan-minsang matalim na mga hangganan ay lumitaw sa iba pang mga oryentasyon ((331), (510)). Ang X-ray diffraction (XRD) θ-2θ scan (summarized sa Talahanayan 1) ay nagsiwalat ng matagumpay na heteroepitaxy para sa lower-Miller-index substrates, maliban sa Si(110) na nagpakita ng halo-halong 3C-SiC(111) at (110) na mga taluktok na nagpapahiwatig ng polycrystallinity. Ang paghahalo ng oryentasyong ito ay naiulat na dati para sa Si(110), kahit na ang ilang mga pag-aaral ay naobserbahan ang eksklusibong (111) na nakatuon sa 3C-SiC, na nagmumungkahi na ang pag-optimize ng kondisyon ng paglago ay kritikal. Para sa mga indeks ng Miller ≥5 ((510), (553), (995)), walang XRD peak ang nakita sa karaniwang pagsasaayos ng θ-2θ dahil ang mga high-index na eroplano na ito ay hindi nagkakaiba sa geometry na ito. Ang kawalan ng mababang-index na 3C-SiC na mga taluktok (hal., (111), (200)) ay nagmumungkahi ng single-crystalline na paglaki, na nangangailangan ng sample tilting upang makita ang diffraction mula sa mga low-index na eroplano.
Ipinapakita ng Figure 2 ang pagkalkula ng anggulo ng eroplano sa loob ng istraktura ng kristal ng CFC.
Ang kinakalkula na mga anggulo ng crystallographic sa pagitan ng mga high-index at low-index na eroplano (Talahanayan 2) ay nagpakita ng malalaking misorientations (> 10 °), na nagpapaliwanag ng kanilang kawalan sa karaniwang θ-2θ scan. Kaya't isinagawa ang pagsusuri ng pol figure sa sample na nakatuon sa (995) dahil sa hindi pangkaraniwang granular morphology nito (potensyal mula sa paglaki ng columnar o twinning) at mababang pagkamagaspang. Ang (111) pole figure (Larawan 3) mula sa Si substrate at 3C-SiC layer ay halos magkapareho, na nagpapatunay ng epitaxial growth nang walang twinning. Ang gitnang lugar ay lumitaw sa χ≈15°, na tumutugma sa theoretical (111)-(995) anggulo. Tatlong symmetry-equivalent spot ang lumitaw sa mga inaasahang posisyon (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° at 33.6°), kahit na ang hindi inaasahang mahinang spot sa χ=62°/φ=93.3° ay nangangailangan ng karagdagang pagsisiyasat. Ang mala-kristal na kalidad, na nasuri sa pamamagitan ng lapad ng lugar sa mga φ-scan, ay lumilitaw na may pag-asa, kahit na ang mga pagsukat ng rocking curve ay kinakailangan para sa quantification. Ang mga numero ng poste para sa (510) at (553) na mga sample ay nananatiling kumpletuhin upang kumpirmahin ang kanilang inaakalang epitaxial na kalikasan.
Ipinapakita ng Figure 3 ang XRD peak diagram na naitala sa (995) oriented sample, na nagpapakita ng (111) na mga eroplano ng Si substrate (a) at ang 3C-SiC layer (b).
4. Konklusyon
Ang paglago ng Heteroepitaxial 3C-SiC ay nagtagumpay sa karamihan ng mga oryentasyon ng Si maliban sa (110), na nagbunga ng polycrystalline na materyal. Ang Si(100)2° off at (995) na mga substrate ay gumawa ng pinakamakikinis na layer (RMS <1 nm), habang ang (111), (211), at (553) ay nagpakita ng makabuluhang pagyuko (30-60 μm). Ang mga high-index na substrate ay nangangailangan ng advanced na XRD characterization (hal., pole figures) upang kumpirmahin ang epitaxy dahil sa walang θ-2θ peak. Kasama sa patuloy na gawain ang mga pagsukat ng rocking curve, pagsusuri ng stress ng Raman, at pagpapalawak sa mga karagdagang oryentasyong may mataas na index upang makumpleto ang eksplorasyong pag-aaral na ito.
Bilang isang vertically integrated manufacturer, ang XKH ay nagbibigay ng mga propesyonal na customized processing services na may komprehensibong portfolio ng mga silicon carbide substrates, na nag-aalok ng mga standard at specialized na uri kabilang ang 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, at 3C-SiC, na available sa mga diameter mula 2-inch hanggang 12-inch. Tinitiyak ng aming end-to-end na kadalubhasaan sa paglaki ng kristal, precision machining, at pagtitiyak sa kalidad ng mga iniangkop na solusyon para sa power electronics, RF, at mga umuusbong na application.
Oras ng post: Aug-08-2025