1. הקדמה
טראָץ יאָרצענדליקער פאָרשונג, האט העטעראָעפּיטאַקסיאַל 3C-SiC וואָס וואַקסט אויף סיליקאָן סאַבסטראַטן נאָך נישט דערגרייכט גענוג קריסטאַל קוואַליטעט פֿאַר אינדוסטריעלע עלעקטראָנישע אַפּליקאַציעס. וווּקס ווערט טיפּיש דורכגעפירט אויף Si(100) אָדער Si(111) סאַבסטראַטן, יעדער מיט באַזונדערע טשאַלאַנדזשיז: אַנטי-פאַסע דאָמעינען פֿאַר (100) און קראַקינג פֿאַר (111). כאָטש [111]-אָריענטירטע פילמען ווייַזן פּראַמאַסינג קעראַקטעריסטיקס ווי רידוסט דעפעקט געדיכטקייט, פֿאַרבעסערטע ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגיע, און נידעריקער דרוק, אַלטערנאַטיווע אָריענטאַציעס ווי (110) און (211) בלייבן אונטערגעפאָרשט. עקסיסטירנדיקע דאַטן פֿאָרשלאָגן אַז אָפּטימאַל וווּקס באדינגונגען קען זיין אָריענטאַציע-ספּעציפֿיש, וואָס קאָמפּליצירט סיסטעמאַטישע פאָרשונג. באַמערקענסווערט, די נוצן פון העכער-מילער-אינדעקס Si סאַבסטראַטן (למשל, (311), (510)) פֿאַר 3C-SiC העטעראָעפּיטאַקסי איז קיינמאָל נישט געמאלדן געוואָרן, וואָס לאָזט באַדייטנדיק פּלאַץ פֿאַר עקספּלאָראַטאָרי פאָרשונג אויף אָריענטאַציע-אָפּהענגיקע וווּקס מעקאַניזמען.
2. עקספּערימענטאַל
די 3C-SiC שיכטן זענען דעפּאָזיטירט געוואָרן דורך אַטמאָספעריש-דרוק כעמישע פארע דעפּאָזיציע (CVD) ניצנדיק SiH4/C3H8/H2 פאָרגייער גאַזן. די סאַבסטראַטן זענען געווען 1 קוביק סענטימעטער Si וועיפערס מיט פֿאַרשידענע אָריענטאַציעס: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), און (995). אַלע סאַבסטראַטן זענען געווען אויף-אַקס אַחוץ פֿאַר (100), וואו 2° אָפּ-געשניטענע וועיפערס זענען נאָך געטעסט געוואָרן. פאַר-וואוקס רייניקונג האָט אַרייַנגענומען אַלטראַסאַניק דעגרעאַסינג אין מעטאַנאָל. דער וואוקס פּראָטאָקאָל האָט אַרייַנגענומען נאַטירלעכע אָקסייד באַזייַטיקונג דורך H2 אַנילינג ביי 1000°C, נאכגעגאנגען דורך אַ סטאַנדאַרט צוויי-סטעפּ פּראָצעס: קאַרבוריזאַציע פֿאַר 10 מינוט ביי 1165°C מיט 12 sccm C3H8, דערנאָך עפּיטאַקסי פֿאַר 60 מינוט ביי 1350°C (C/Si פאַרהעלטעניש = 4) ניצנדיק 1.5 sccm SiH4 און 2 sccm C3H8. יעדער וואוקס לויף האט אריינגענומען פיר ביז פינף פארשידענע סיליקאן אריענטאציעס, מיט לפחות איין (100) רעפערענץ וועיפער.
3. רעזולטאַטן און דיסקוסיע
די מאָרפאָלאָגיע פון 3C-SiC שיכטן וואָס זענען געוואַקסן אויף פֿאַרשידענע Si סאַבסטראַטן (פיגור 1) האָבן געוויזן באַזונדערע ייבערפלאַך פֿעיִקייטן און ראַפֿקייט. וויזועל, מוסטערן וואָס זענען געוואַקסן אויף Si(100), (211), (311), (553), און (995) האָבן אויסגעזען שפּיגל-ווי, בשעת אַנדערע האָבן זיך געצויגן פון מילכיק ((331), (510)) ביז מאַט ((110), (111)). די גלאַטסטע ייבערפלאַך (וואָס ווײַזן די פֿײַנסטע מיקראָסטרוקטור) זענען באַקומען געוואָרן אויף (100)2° אַוועק און (995) סאַבסטראַטן. באַמערקעוודיק, אַלע שיכטן זענען געבליבן אָן ריסן נאָך קילן, אַרייַנגערעכנט די טיפּיש סטרעס-פּראָנע 3C-SiC(111). די באַגרענעצטע מוסטער גרייס קען האָבן פאַרהיטן ריסן, כאָטש עטלעכע מוסטערן האָבן אויסגעוויזן בייגן (30-60 μm דיפלעקשאַן פון צענטער צו ברעג) דעטעקטאַבאַל אונטער אָפּטיש מיקראָסקאָפּיע ביי 1000× מאַגניפיקאַטיאָן רעכט צו אַקיומיאַלייטיד טערמישע סטרעס. הויך געבויגענע שיכטן וואָס וואַקסן אויף Si(111), (211), און (553) סאַבסטראַטן האָבן געוויזן קאָנקאַווע פֿאָרמען וואָס ווײַזן אויף ציענדיקע שפּאַנונג, וואָס האָט געפֿאָדערט ווײַטערדיקע עקספּערימענטאַלע און טעאָרעטישע אַרבעט צו קאָרעלירן מיט קריסטאַלאָגראַפֿישער אָריענטאַציע.
פיגור 1 סומאַריזירט די XRD און AFM (סקאַנינג ביי 20×20 μ m2) רעזולטאַטן פון די 3C-SC לייַערס וואָס זענען געוואַקסן אויף Si סאַבסטראַטן מיט פאַרשידענע אָריענטאַציעס.
אטאמישע קראפט מיקראסקאפיע (AFM) בילדער (פיגור 2) האבן באשטעטיקט אפטישע אבזערוואציעס. ווארצל-מיטל-קוואדראט (RMS) ווערטן האבן באשטעטיקט די גלאטסטע ייבערפלאכן אויף (100)2° אפ און (995) סובסטראטן, מיט קערל-ענלעכע סטרוקטורן מיט 400-800 נ"מ לאטעראלע דימענסיעס. די (110)-געוואקסענע שיכט איז געווען די גראָבסטע, בשעת פארלענגערטע און/אדער פאראלעלע שטריכן מיט מאל-מאל שאַרפע גרענעצן זענען ארויסגעקומען אין אנדערע אריענטאציעס ((331), (510)). X-שטראל דיפראקציע (XRD) θ-2θ סקענס (צוזאמענגענומען אין טאבעלע 1) האבן געוויזן ערפאלגרייכע העטעראעפּיטאקסי פאר נידעריקער-מילער-אינדעקס סובסטראטן, אחוץ פאר Si(110) וואס האט געוויזן געמישטע 3C-SiC(111) און (110) שפיצן וואס ווייזן אויף פאליקריסטאליניטי. די אריענטאציע מישונג איז פריער געמאלדן געווארן פאר Si(110), כאטש עטלעכע שטודיעס האבן באמערקט עקסקלוסיווע (111)-אריענטירטע 3C-SiC, וואס סאגדזשעסטירט אז וואוקס באדינגונג אפטימיזאציע איז קריטיש. פֿאַר מילער אינדעקסן ≥5 ((510), (553), (995)), זענען קיין XRD שפּיצן נישט דעטעקטירט געוואָרן אין נאָרמאַלער θ-2θ קאָנפיגוראַציע, ווײַל די הויך-אינדעקס פּלענער זענען נישט-דיפראַקטירנדיק אין דער געאָמעטריע. די אָפּוועזנהייט פֿון נידעריק-אינדעקס 3C-SiC שפּיצן (למשל, (111), (200)) סאַגדזשעסטירט איין-קריסטאַלינע וואוקס, וואָס פֿאָדערט מוסטער-טילטינג צו דעטעקטירן דיפראַקציע פֿון נידעריק-אינדעקס פּלענער.
פיגור 2 ווייזט די קאַלקולאַציע פון דעם פלאַך ווינקל אין דער CFC קריסטאַל סטרוקטור.
די אויסגערעכנטע קריסטאַלאָגראַפֿישע ווינקלען צווישן הויך-אינדעקס און נידעריק-אינדעקס פּלענער (טאַבעלע 2) האָבן געוויזן גרויסע מיסיאָריענטאַציעס (>10°), וואָס דערקלערט זייער אָפּוועזנהייט אין נאָרמאַלע θ-2θ סקענס. פּאָל פיגור אַנאַליז איז דעריבער דורכגעפֿירט געוואָרן אויף דעם (995)-אָריענטירטן מוסטער צוליב זיין ומגעוויינטלעכער גראַנולאַרער מאָרפֿאָלאָגיע (מעגלעך פֿון קאָלומנאַרער וואוקס אָדער צווילינג) און נידעריקע ראַפֿקייט. די (111) פּאָל פיגורן (פֿיג. 3) פֿון Si סאַבסטראַט און 3C-SiC שיכט זענען געווען כּמעט אידענטיש, באַשטעטיקנדיק עפּיטאַקסיאַל וואוקס אָן צווילינג. דער צענטראַלער פֿלעק איז דערשינען ביי χ≈15°, וואָס פּאַסט צום טעאָרעטישן (111)-(995) ווינקל. דריי סימעטריע-עקוויוואַלענטע פֿלעקן זענען דערשינען ביי ערוואַרטעטע פּאָזיציעס (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° און 33.6°), כאָטש אַן אומפֿאָרויסגעזאָגטער שוואַכער פֿלעק ביי χ=62°/φ=93.3° פֿאָדערט ווייטערדיקע אויספֿאָרשונג. די קריסטאַלינע קוואַליטעט, אַססעססעד דורך פלעק ברייט אין φ-סקאַנז, קוקט פּראַמישינג, כאָטש ראַקינג קורווע מעסטונגען זענען דארף פֿאַר קוואַנטיפיקאַציע. פּאָל פיגורן פֿאַר (510) און (553) סאַמפּאַלז בלייבן צו זיין קאַמפּליטיד צו באַשטעטיקן זייער סאַפּאָוזד עפּיטאַקסיאַל נאַטור.
פיגור 3 ווייזט די XRD שפּיץ דיאַגראַם רעקאָרדירט אויף די (995) אָריענטירטע מוסטער, וואָס ווייזט די (111) פּלענער פון די Si סאַבסטראַט (a) און די 3C-SiC שיכט (b).
4. מסקנא
העטעראָעפּיטאַקסיאַל 3C-SiC וואוקס איז געלונגען אויף רובֿ Si אָריענטאַציעס אַחוץ (110), וואָס האָט געגעבן פּאָליקריסטאַלין מאַטעריאַל. Si(100)2° אַוועק און (995) סאַבסטראַטן האָבן פּראָדוצירט די גלאַטסטע שיכטן (RMS <1 נם), בשעת (111), (211), און (553) האָבן געוויזן באַדייטנדיק בייגן (30-60 μm). הויך-אינדעקס סאַבסטראַטן דאַרפן אַוואַנסירטע XRD כאַראַקטעריזאַציע (למשל, פּאָל פיגורן) צו באַשטעטיקן עפּיטאַקסי רעכט צו דער אַוועק פון θ-2θ פּיקס. אָנגייענדיקע אַרבעט כולל ראַקינג קורווע מעסטונגען, ראַמאַן דרוק אַנאַליז, און יקספּאַנשאַן צו נאָך הויך-אינדעקס אָריענטאַציעס צו פאַרענדיקן דעם עקספּלאָראַטאָרי שטודיע.
אלס א ווערטיקאל אינטעגרירטער פאבריקאנט, גיט XKH פראפעסיאנעלע קאסטומיזירטע פראצעסינג סערוויסעס מיט א פולשטענדיגע פארטפעל פון סיליקאן קארבייד סובסטראטן, אנבאטן סטאנדארט און ספעציאליזירטע טיפן איינשליסנדיק 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, און 3C-SiC, פאראן אין דיאמעטערס פון 2-אינטש ביז 12-אינטש. אונזער ענד-צו-ענד עקספּערטיז אין קריסטאל וואוקס, פּרעציזיע מאַשינינג, און קוואַליטעט פארזיכערונג זיכערט קאסטומיזירטע לייזונגען פאר מאַכט עלעקטראָניק, RF, און אויפקומענדיקע אַפּליקאַציעס.
פּאָסט צייט: אויגוסט-08-2025