1. Pambuka
Sanajan riset pirang-pirang dekade, heteroepitaxial 3C-SiC sing ditanam ing substrat silikon durung entuk kualitas kristal sing cukup kanggo aplikasi elektronik industri. Wutah biasane ditindakake ing substrat Si (100) utawa Si (111), saben menehi tantangan sing beda: domain anti-fase kanggo (100) lan retak kanggo (111). Nalika film-film berorientasi [111] nampilake ciri-ciri sing njanjeni kayata kapadhetan cacat sing suda, morfologi permukaan sing luwih apik, lan tekanan sing luwih murah, orientasi alternatif kaya (110) lan (211) tetep ora ditliti. Data sing ana nuduhake yen kahanan pertumbuhan sing optimal bisa uga orientasi-spesifik, nyelidiki sistematis rumit. Utamane, panggunaan substrat Si indeks Miller sing luwih dhuwur (contone, (311), (510)) kanggo heteroepitaksi 3C-SiC durung nate dilaporake, ninggalake ruangan sing penting kanggo riset eksplorasi babagan mekanisme pertumbuhan sing gumantung saka orientasi.
2. Eksperimental
Lapisan 3C-SiC disimpen liwat deposisi uap kimia tekanan atmosfer (CVD) nggunakake gas prekursor SiH4 / C3H8 / H2. Substrat yaiku wafer Si 1 cm² kanthi macem-macem orientasi: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), lan (995). Kabeh substrat ana ing sumbu kajaba (100), ing ngendi wafer mati 2 ° uga diuji. Pembersihan pra-pertumbuhan melu degreasing ultrasonik ing metanol. Protokol pertumbuhan kalebu penghapusan oksida asli liwat anil H2 ing 1000 ° C, banjur proses rong langkah standar: karburisasi kanggo 10 menit ing 1165 ° C karo 12 sccm C3H8, banjur epitaxy kanggo 60 menit ing 1350 ° C (rasio C / Si = 4) nggunakake SiscH4 cm lan C3H8. Saben roto wutah kalebu papat nganti limang orientasi Si beda, karo paling siji (100) wafer referensi.
3. Asil lan Diskusi
Morfologi lapisan 3C-SiC thukul ing macem-macem substrat Si (Fig. 1) nuduhake fitur lumahing béda lan kasar. Sacara visual, conto sing ditanam ing Si(100), (211), (311), (553), lan (995) katon kaya pangilon, dene liyane saka susu ((331), (510)) nganti kusam ((110), (111)). Permukaan sing paling mulus (nuduhake struktur mikro sing paling apik) dipikolehi ing (100)2 ° mati lan (995) substrat. Apike, kabeh lapisan tetep ora retak sawise adhem, kalebu 3C-SiC (111) sing biasane rawan stres. Ukuran sampel sing winates bisa nyegah retakan, sanajan sawetara conto nuduhake bowing (defleksi 30-60 μm saka tengah menyang pinggir) sing bisa dideteksi ing mikroskop optik kanthi pembesaran 1000 × amarga akumulasi stres termal. Lapisan sing dhuwur banget sing ditanam ing substrat Si (111), (211), lan (553) nampilake wujud cekung sing nuduhake galur tarik, mbutuhake karya eksperimen lan teoritis luwih akeh kanggo hubungane karo orientasi kristalografi.
Gambar 1 ngringkes asil XRD lan AFM (scanning ing 20 × 20 μm2) saka lapisan 3C-SC sing ditanam ing substrat Si kanthi orientasi sing beda.
Atomic force microscopy (AFM) gambar (Fig. 2) corroborated pengamatan optik. Nilai ROOT-mean-square (RMS) ngonfirmasi permukaan sing paling mulus ing (100)2 ° mati lan (995) substrat, nampilake struktur kaya gandum kanthi dimensi lateral 400-800 nm. Lapisan (110) -tuwuh minangka sing paling kasar, dene fitur elongated lan / utawa paralel kanthi wates sing cetha kadhangkala katon ing orientasi liyane ((331), (510)). Difraksi sinar-X (XRD) θ-2θ (diringkes ing Tabel 1) ngungkapake heteroepitaksi sukses kanggo substrat indeks Miller ngisor, kajaba Si (110) sing nuduhake campuran 3C-SiC (111) lan (110) puncak sing nuduhake polycrystallinity. Pencampuran orientasi iki sadurunge wis dilaporake kanggo Si (110), sanajan sawetara panliten sing diamati eksklusif (111) -oriented 3C-SiC, nuduhake optimasi kondisi pertumbuhan kritis. Kanggo indeks Miller ≥5 ((510), (553), (995)), ora ana puncak XRD sing dideteksi ing konfigurasi θ-2θ standar amarga bidang indeks dhuwur iki ora difraksi ing geometri iki. Ora ana puncak 3C-SiC indeks rendah (contone, (111), (200)) nuduhake pertumbuhan kristal tunggal, mbutuhake miring sampel kanggo ndeteksi difraksi saka bidang indeks rendah.
Figure 2 nuduhake pitungan saka amba bidang ing struktur kristal CFC.
Sudut kristalografi sing diwilang antarane pesawat indeks dhuwur lan indeks rendah (Tabel 2) nuduhake misorientasi gedhe (> 10 °), nerangake ora ana ing scan θ-2θ standar. Analisis angka kutub mula ditindakake ing sampel sing berorientasi (995) amarga morfologi granular sing ora biasa (potensi saka pertumbuhan kolom utawa kembar) lan kekasaran sing sithik. Tokoh kutub (111) (Gambar 3) saka substrat Si lan lapisan 3C-SiC meh padha, ngonfirmasi wutah epitaxial tanpa kembar. Titik tengah katon ing χ≈15 °, cocog karo sudut teoritis (111)-(995). Telung titik sing padha karo simetri katon ing posisi sing dikarepake (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° lan 33.6°), sanajan titik lemah sing ora diprediksi ing χ=62°/φ=93.3° mbutuhake penyelidikan luwih lanjut. Kualitas kristal, ditaksir liwat jembar titik ing φ-scan, katon janjeni, sanajan pangukuran kurva goyang dibutuhake kanggo kuantifikasi. Angka kutub kanggo sampel (510) lan (553) isih kudu rampung kanggo ngonfirmasi sifat epitaxial sing dianggep.
Figure 3 nuduhake diagram puncak XRD direkam ing sampel oriented (995), kang nuduhake (111) bidang saka substrat Si (a) lan lapisan 3C-SiC (b).
4. Kesimpulan
wutah Heteroepitaxial 3C-SiC kasil ing paling orientasi Si kajaba (110), kang ngasilaken materi polycrystalline. Substrat Si(100)2° mati lan (995) mrodhuksi lapisan sing paling mulus (RMS <1 nm), dene (111), (211), lan (553) nuduhake lekukan sing signifikan (30-60 μm). Substrat indeks dhuwur mbutuhake karakterisasi XRD sing luwih maju (umpamane, angka kutub) kanggo ngonfirmasi epitaksi amarga ora ana puncak θ-2θ. Karya sing isih ditindakake kalebu pangukuran kurva goyang, analisis stres Raman, lan ekspansi menyang orientasi indeks dhuwur tambahan kanggo ngrampungake studi eksplorasi iki.
Minangka produsen terintegrasi vertikal, XKH nyedhiyakake layanan pangolahan khusus profesional kanthi portofolio lengkap substrat silikon karbida, nawakake jinis standar lan khusus kalebu 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, lan 3C-SiC, kasedhiya ing diameter saka 2-inch nganti 12-inch. Keahlian end-to-end kita babagan pertumbuhan kristal, mesin presisi, lan jaminan kualitas njamin solusi sing cocog kanggo elektronik daya, RF, lan aplikasi sing berkembang.
Wektu kirim: Aug-08-2025