1. Introduzzjoni
Minkejja għexieren ta' snin ta' riċerka, it-3C-SiC eteroepitassiali mkabbar fuq sottostrati tas-silikon għadu ma kisibx kwalità kristallina suffiċjenti għal applikazzjonijiet elettroniċi industrijali. It-tkabbir tipikament isir fuq sottostrati Si(100) jew Si(111), kull wieħed jippreżenta sfidi distinti: dominji anti-fażi għal (100) u qsim għal (111). Filwaqt li l-films orjentati lejn [111] juru karatteristiċi promettenti bħal densità ta' difetti mnaqqsa, morfoloġija tal-wiċċ imtejba, u stress aktar baxx, orjentazzjonijiet alternattivi bħal (110) u (211) għadhom mhux studjati biżżejjed. Id-dejta eżistenti tissuġġerixxi li l-kundizzjonijiet ottimali tat-tkabbir jistgħu jkunu speċifiċi għall-orjentazzjoni, u dan jikkomplika l-investigazzjoni sistematika. Ta' min jinnota li l-użu ta' sottostrati Si b'indiċi Miller ogħla (eż., (311), (510)) għall-eteroepitassija 3C-SiC qatt ma ġie rrappurtat, u dan iħalli lok sinifikanti għal riċerka esploratorja dwar mekkaniżmi ta' tkabbir dipendenti fuq l-orjentazzjoni.
2. Sperimentali
Is-saffi 3C-SiC ġew depożitati permezz ta' depożizzjoni kimika tal-fwar bi pressjoni atmosferika (CVD) bl-użu ta' gassijiet prekursuri SiH4/C3H8/H2. Is-sottostrati kienu wejfers Si ta' 1 cm² b'diversi orjentazzjonijiet: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), u (995). Is-sottostrati kollha kienu fuq l-assi ħlief għal (100), fejn wejfers maqtugħin b'2° ġew ittestjati wkoll. It-tindif ta' qabel it-tkabbir involva tneħħija tal-grass ultrasonika fil-metanol. Il-protokoll tat-tkabbir kien jinkludi t-tneħħija tal-ossidu nattiv permezz ta' ttemprar tal-H2 f'1000°C, segwit minn proċess standard f'żewġ stadji: karburizzazzjoni għal 10 minuti f'1165°C bi 12 sccm C3H8, imbagħad epitaxy għal 60 minuta f'1350°C (proporzjon C/Si = 4) bl-użu ta' 1.5 sccm SiH4 u 2 sccm C3H8. Kull ġirja ta' tkabbir inkludiet erba' sa ħames orjentazzjonijiet differenti tas-Si, b'mill-inqas wejfer ta' referenza wieħed (100).
3. Riżultati u Diskussjoni
Il-morfoloġija tas-saffi 3C-SiC imkabbra fuq diversi sottostrati tas-Si (Fig. 1) uriet karatteristiċi distinti tal-wiċċ u ħruxija. Viżwalment, il-kampjuni mkabbra fuq Si(100), (211), (311), (553), u (995) dehru qishom mera, filwaqt li oħrajn varjaw minn ħalib ((331), (510)) għal matt ((110), (111)). L-aktar uċuħ lixxi (li juru l-ifjen mikrostruttura) inkisbu fuq sottostrati (100)2° off u (995). Ta' min jinnota li s-saffi kollha baqgħu ħielsa mix-xquq wara t-tkessiħ, inkluż it-3C-SiC(111) li tipikament huwa suxxettibbli għall-istress. Id-daqs limitat tal-kampjun seta' ppreveni l-qsim, għalkemm xi kampjuni wrew tgħawwiġ (deflessjoni ta' 30-60 μm miċ-ċentru għat-tarf) li tista' tiġi skoperta taħt mikroskopija ottika b'ingrandiment ta' 1000× minħabba l-istress termali akkumulat. Saffi mgħawġa ħafna mkabbra fuq sottostrati ta' Si(111), (211), u (553) urew forom konkavi li jindikaw tensjoni tensili, u kienu jeħtieġu aktar xogħol sperimentali u teoretiku biex jikkorrelataw mal-orjentazzjoni kristalografika.
Il-Figura 1 tiġbor fil-qosor ir-riżultati tal-XRD u l-AFM (skennjar b'20×20 μ m2) tas-saffi 3C-SC imkabbra fuq sottostrati tas-Si b'orjentazzjonijiet differenti.
Immaġnijiet tal-mikroskopija tal-forza atomika (AFM) (Fig. 2) ikkorroboraw osservazzjonijiet ottiċi. Il-valuri tal-għerq-medja-kwadrata (RMS) ikkonfermaw l-aktar uċuħ lixxi fuq sottostrati (100)2° off u (995), li juru strutturi simili għal qmuħ b'dimensjonijiet laterali ta' 400-800 nm. Is-saff imkabbar b'(110) kien l-aktar mhux maħdum, filwaqt li karatteristiċi tawwalin u/jew paralleli b'konfini preċiżi okkażjonali dehru f'orjentazzjonijiet oħra ((331), (510)). Skans tad-diffrazzjoni tar-raġġi-X (XRD) θ-2θ (miġbura fil-qosor fit-Tabella 1) żvelaw eteroepitassija ta' suċċess għal sottostrati b'indiċi Miller aktar baxx, ħlief għal Si(110) li wera qċaċet imħallta ta' 3C-SiC(111) u (110) li jindikaw polikristallinità. Dan it-taħlit ta' orjentazzjoni ġie rrappurtat qabel għal Si(110), għalkemm xi studji osservaw 3C-SiC orjentat esklussivament lejn (111), li jissuġġerixxi li l-ottimizzazzjoni tal-kundizzjoni tat-tkabbir hija kritika. Għal indiċi Miller ≥5 ((510), (553), (995)), l-ebda qċaċet XRD ma ġew osservati fil-konfigurazzjoni standard θ-2θ peress li dawn il-pjani b'indiċi għoli mhumiex diffrattanti f'din il-ġeometrija. L-assenza ta' qċaċet 3C-SiC b'indiċi baxx (eż., (111), (200)) tissuġġerixxi tkabbir monokristallin, li jeħtieġ inklinazzjoni tal-kampjun biex tiġi skoperta d-diffrazzjoni minn pjani b'indiċi baxx.
Il-Figura 2 turi l-kalkolu tal-angolu tal-pjan fl-istruttura tal-kristall CFC.
L-angoli kristalografiċi kkalkulati bejn il-pjani b'indiċi għoli u b'indiċi baxx (Tabella 2) urew diżorjentazzjonijiet kbar (>10°), li jispjegaw l-assenza tagħhom fi skens standard ta' θ-2θ. Għalhekk, twettqet analiżi tal-figura tal-poli fuq il-kampjun orjentat lejn (995) minħabba l-morfoloġija granulari mhux tas-soltu tiegħu (potenzjalment minn tkabbir kolonnari jew ġemellaġġ) u l-ħruxija baxxa. Il-figuri tal-poli (111) (Fig. 3) mis-sottostrat tas-Si u s-saff ta' 3C-SiC kienu kważi identiċi, u dan jikkonferma t-tkabbir epitassjali mingħajr ġemellaġġ. It-tebgħa ċentrali dehret f'χ≈15°, li taqbel mal-angolu teoretiku (111)-(995). Tliet tikek ekwivalenti għas-simetrija dehru f'pożizzjonijiet mistennija (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° u 33.6°), għalkemm tebgħa dgħajfa mhux prevista f'χ=62°/φ=93.3° teħtieġ aktar investigazzjoni. Il-kwalità kristallina, ivvalutata permezz tal-wisa' tal-post fl-iskans φ, tidher promettenti, għalkemm il-kejl tal-kurva tat-tbandil huwa meħtieġ għall-kwantifikazzjoni. Il-figuri tal-poli għall-kampjuni (510) u (553) għad iridu jitlestew biex tiġi kkonfermata n-natura epitassjali preżunta tagħhom.
Il-Figura 3 turi d-dijagramma tal-quċċata XRD irreġistrata fuq il-kampjun orjentat (995), li turi l-pjani (111) tas-sottostrat Si (a) u s-saff 3C-SiC (b).
4. Konklużjoni
It-tkabbir eteroepitassiali ta' 3C-SiC irnexxielu fuq il-biċċa l-kbira tal-orjentazzjonijiet tas-Si ħlief (110), li pproduċa materjal polikristallin. Is-sottostrati ta' Si(100)2° off u (995) ipproduċew l-aktar saffi lixxi (RMS <1 nm), filwaqt li (111), (211), u (553) urew inklinazzjoni sinifikanti (30-60 μm). Sottostrati b'indiċi għoli jeħtieġu karatterizzazzjoni avvanzata tax-XRD (eż., figuri tal-poli) biex tiġi kkonfermata l-epitassija minħabba l-assenza ta' qċaċet ta' θ-2θ. Ix-xogħol li għaddej jinkludi kejl tal-kurva tat-tbandil, analiżi tal-istress Raman, u espansjoni għal orjentazzjonijiet addizzjonali b'indiċi għoli biex jitlesta dan l-istudju esploratorju.
Bħala manifattur integrat vertikalment, XKH jipprovdi servizzi professjonali ta' pproċessar personalizzati b'portafoll komprensiv ta' sottostrati tal-karbur tas-silikon, li joffru tipi standard u speċjalizzati inklużi 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, u 3C-SiC, disponibbli f'dijametri minn 2 pulzieri sa 12-il pulzier. L-għarfien espert tagħna minn tarf sa tarf fit-tkabbir tal-kristalli, il-magni ta' preċiżjoni, u l-assigurazzjoni tal-kwalità jiżgura soluzzjonijiet imfassla apposta għall-elettronika tal-enerġija, l-RF, u applikazzjonijiet emerġenti.
Ħin tal-posta: 08 ta' Awwissu 2025