1. Вовед
И покрај децениите истражување, хетероепитаксијалниот 3C-SiC одгледуван на силиконски супстрати сè уште не постигнал доволен квалитет на кристали за индустриски електронски апликации. Растот обично се изведува на Si(100) или Si(111) супстрати, при што секој претставува различни предизвици: антифазни домени за (100) и пукање за (111). Додека филмовите ориентирани кон [111] покажуваат ветувачки карактеристики како што се намалена густина на дефекти, подобрена површинска морфологија и помал стрес, алтернативните ориентации како (110) и (211) остануваат недоволно проучени. Постоечките податоци сугерираат дека оптималните услови за раст може да бидат специфични за ориентацијата, што го комплицира систематското истражување. Имено, употребата на Si супстрати со повисок Милеров индекс (на пр., (311), (510)) за 3C-SiC хетероепитаксија никогаш не е објавена, оставајќи значителен простор за истражувачко истражување на механизмите за раст зависни од ориентацијата.
2. Експериментално
Слоевите 3C-SiC беа нанесени преку хемиско таложење на пареа (CVD) под атмосферски притисок со употреба на прекурсорски гасови SiH4/C3H8/H2. Подлогите беа Si плочки од 1 cm² со различни ориентации: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) и (995). Сите подлоги беа на оска освен (100), каде што дополнително беа тестирани плочки со отсекување од 2°. Чистењето пред раст вклучуваше ултразвучно одмастување во метанол. Протоколот за раст вклучуваше отстранување на нативен оксид преку жарење со H2 на 1000°C, проследено со стандарден двостепен процес: карбуризација 10 минути на 1165°C со 12 sccm C3H8, потоа епитаксија 60 минути на 1350°C (однос C/Si = 4) со употреба на 1,5 sccm SiH4 и 2 sccm C3H8. Секој циклус на раст вклучуваше четири до пет различни ориентации на Si, со најмалку една (100) референтна плочка.
3. Резултати и дискусија
Морфологијата на слоевите 3C-SiC одгледувани на различни Si супстрати (Сл. 1) покажа различни површински карактеристики и грубост. Визуелно, примероците одгледувани на Si(100), (211), (311), (553) и (995) изгледаа како огледала, додека други се движеа од млечно ((331), (510)) до мат ((110), (111)). Најмазните површини (кои ја покажуваат најфината микроструктура) беа добиени на супстрати (100)2° off и (995). Забележително е што сите слоеви останаа без пукнатини по ладењето, вклучувајќи го и типично склониот на стрес 3C-SiC(111). Ограничената големина на примерокот можеби спречила пукање, иако некои примероци покажале свиткување (отклон од 30-60 μm од центарот до работ) забележливо под оптичка микроскопија при зголемување од 1000× поради акумулираниот термички стрес. Високо закривените слоеви израснати на Si(111), (211) и (553) подлоги покажаа конкавни форми што укажуваат на затегнувачко оптоварување, што бараше понатамошна експериментална и теоретска работа за да се корелира со кристалографската ориентација.
Слика 1 ги сумира резултатите од XRD и AFM (скенирање на 20×20 μ m2) на 3C-SC слоевите одгледувани на Si подлоги со различни ориентации.
Сликите од атомска силова микроскопија (AFM) (сл. 2) ги потврдија оптичките набљудувања. Вредностите на средниот квадратен корен (RMS) ги потврдија најмазните површини на подлогите (100)2° надвор и (995), со зрнесто-слични структури со странични димензии од 400-800 nm. Слојот што се развил во (110) бил најгруб, додека издолжени и/или паралелни карактеристики со повремени остри граници се појавиле во други ориентации ((331), (510)). Скенирањето θ-2θ со дифракција на Х-зраци (XRD) (сумирано во Табела 1) открило успешна хетероепитаксија за подлоги со понизок Милеров индекс, освен за Si(110) кој покажал мешани врвови 3C-SiC(111) и (110) што укажуваат на поликристалинност. Ова ориентално мешање е претходно објавено за Si(110), иако некои студии забележале исклучиво 3C-SiC ориентиран во (111), што укажува дека оптимизацијата на условите за раст е критична. За Милерови индекси ≥5 ((510), (553), (995)), не се откриени XRD врвови во стандардна θ-2θ конфигурација бидејќи овие рамнини со висок индекс не се дифрактивни во оваа геометрија. Отсуството на врвови од 3C-SiC со низок индекс (на пр., (111), (200)) сугерира раст на монокристал, што бара навалување на примерокот за да се открие дифракција од рамнини со низок индекс.
Слика 2 ја прикажува пресметката на рамнинскиот агол во рамките на кристалната структура на CFC.
Пресметаните кристалографски агли помеѓу рамнините со висок и низок индекс (Табела 2) покажаа големи дезориентации (>10°), што го објаснува нивното отсуство во стандардните θ-2θ скенирања. Затоа, анализата на половите фигури беше спроведена на примерокот ориентиран кон (995) поради неговата необична грануларна морфологија (потенцијално од столбно раст или збратимување) и малата грубост. Половите фигури (111) (Сл. 3) од Si подлогата и слојот 3C-SiC беа речиси идентични, потврдувајќи го епитаксијалниот раст без збратимување. Централната точка се појави на χ≈15°, што се совпаѓа со теоретскиот агол (111)-(995). Три точки еквивалентни на симетрија се појавија на очекуваните позиции (χ=56,2°/φ=269,4°, χ=79°/φ=146,7° и 33,6°), иако непредвидена слаба точка на χ=62°/φ=93,3° бара понатамошно истражување. Кристалниот квалитет, оценет преку ширината на точката во φ-скеновите, се чини ветувачки, иако мерењата на кривата на нишање се потребни за квантификација. Поларните бројки за примероците (510) и (553) останува да се завршат за да се потврди нивната претпоставена епитаксијална природа.
Слика 3 го прикажува XRD дијаграмот на врвовите снимен на примерокот ориентиран (995), кој ги прикажува рамнините (111) на Si подлогата (a) и слојот 3C-SiC (b).
4. Заклучок
Хетероепитаксијалниот 3C-SiC раст беше успешен на повеќето Si ориентации освен (110), кој даде поликристален материјал. Супстратите Si(100)2° off и (995) произведоа најмазни слоеви (RMS <1 nm), додека (111), (211) и (553) покажаа значително свиткување (30-60 μm). Супстратите со висок индекс бараат напредна XRD карактеризација (на пр., фигури на полови) за да се потврди епитаксија поради отсуство на θ-2θ врвови. Тековната работа вклучува мерења на кривата на нишање, анализа на Рамановиот стрес и проширување на дополнителни ориентации со висок индекс за да се заврши оваа истражувачка студија.
Како вертикално интегриран производител, XKH обезбедува професионални услуги за обработка по мерка со сеопфатно портфолио на силициум карбидни супстрати, нудејќи стандардни и специјализирани типови, вклучувајќи 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P и 3C-SiC, достапни во дијаметри од 2 до 12 инчи. Нашата сеопфатна експертиза во растот на кристали, прецизната обработка и обезбедувањето квалитет обезбедуваат прилагодени решенија за енергетска електроника, RF и нови апликации.
Време на објавување: 08.08.2025