3C SiC-nin İnkişaf Tarixi

Vacib bir forma kimisilisium karbid, inkişaf tarixi3c-siCyarımkeçirici materialşünaslığın davamlı tərəqqisini əks etdirir. 1980-ci illərdə Nishino et al. əvvəlcə kimyəvi buxar çökdürmə (CVD) yolu ilə silisium substratlar üzərində 4um 3C-SiC nazik filmlər əldə etdi [1] ki, bu da 3C-SiC nazik film texnologiyasının əsasını qoydu.

1990-cı illər SiC tədqiqatının qızıl dövrü idi. Cree Research Inc. 1991 və 1994-cü illərdə müvafiq olaraq 6H-SiC və 4H-SiC çiplərini istifadəyə verdi və bu çiplərin kommersiyalaşdırılmasını təşviq etdi.SiC yarımkeçirici qurğular. Bu dövrdə texnoloji tərəqqi 3C-SIC-nin sonrakı tədqiqat və tətbiqi üçün təməl qoydu.

21-ci əsrin əvvəllərində,Yerli silikon əsaslı SIC incə filmləridə müəyyən dərəcədə inkişaf etmişdir. Ye Zhizhen və b. 2002-ci ildə aşağı temperatur şəraitində CVD ilə silikon əsaslı SiC nazik filmlər hazırlamışdır [2]. 2001-ci ildə An Xia et al. otaq temperaturunda maqnetron püskürtmə yolu ilə silikon əsaslı SiC nazik filmlər hazırlamışdır [3].

Bununla belə, Si-nin qəfəs sabiti ilə SiC-nin (təxminən 20%) böyük fərqinə görə, 3C-SiC epitaksial təbəqəsinin qüsur sıxlığı, xüsusən də DPB kimi əkiz qüsuru nisbətən yüksəkdir. Şəbəkə uyğunsuzluğunu azaltmaq üçün tədqiqatçılar (0001) səthində 6H-SiC, 15R-SiC və ya 4H-SiC-dən 3C-SiC epitaksial təbəqəsini böyütmək və qüsur sıxlığını azaltmaq üçün substrat kimi istifadə edirlər. Məsələn, 2012-ci ildə Seki, Kazuaki et al. superdoymaya nəzarət etməklə 6H-SiC (0001) səth toxumunda 3C-SiC və 6H-SiC-nin polimorf seçmə artımını həyata keçirən dinamik polimorfik epitaksiyaya nəzarət texnologiyasını təklif etmişdir [4-5]. 2023-cü ildə Xun Li kimi tədqiqatçılar böyümə və prosesi optimallaşdırmaq üçün CVD metodundan istifadə etdilər və uğurla hamar 3C-SiC əldə etdilər.epitaksial təbəqə14um/saat artım sürətində 4H-SiC substratda səthdə DPB qüsurları olmadan.

3C SiC-nin Kristal Strukturu və Tətbiq Sahələri

Bir çox SICD politypes arasında 3C-SIC, β-sic kimi də tanınan yeganə kub politypedir. Bu büllur quruluşunda, SI və C atomları, paneləki bir-bir nisbətdə mövcuddur və hər bir atom güclü kovalent istiqrazları olan bir tetrahedral struktur bölməni təşkil edən dörd heterojen atomla əhatə olunmuşdur. 3C-SIC-nin struktur xüsusiyyəti, Si-C diatomik təbəqələrinin ABC-ABC-lər qaydasında dəfələrlə qurulmasıdır və hər bir bölmə hüceyrəsi, C3 nümayəndəliyi adlanan üç belə diatomik təbəqəni ehtiva edir; 3C-SIC-nin kristal quruluşu aşağıdakı şəklə göstərilir:

Şəkil 1 3C-SiC-nin kristal quruluşu

Hal-hazırda silikon (si), elektrik cihazları üçün ən çox istifadə olunan yarımkeçirici materialdır. Ancaq SI, silikon əsaslı enerji cihazlarının performansına görə məhduddur. 4h-sic və 6h-sic ilə müqayisədə, 3C-SIC, ən yüksək otaq temperaturu nəzəri elektron hərəkətliliyi (1000 sm · v-1 · s-1) və MOS cihaz tətbiqlərində daha çox üstünlüklərə malikdir. Eyni zamanda, 3C-SIC, yüksək qiymətləndirmə gərginliyi, yaxşı istilik keçiriciliyi, yüksək sərtlik, geniş band qasması, yüksək temperatur müqaviməti və radiasiya müqaviməti kimi əla xüsusiyyətlərə malikdir. Buna görə, elektronika, optoelektronika, sensorlar və ekstremal şəraitdə tətbiq olunan tətbiqlərdə böyük potensiala malikdir, əlaqəli texnologiyaların inkişafını və yeniliyini təbliğ edir və bir çox sahələrdə geniş tətbiq potensialını göstərir:

Birincisi: Xüsusilə yüksək gərginlikli, yüksək tezlikli və yüksək temperaturlu mühitlərdə 3C-SiC-nin yüksək parçalanma gərginliyi və yüksək elektron hərəkətliliyi onu MOSFET kimi güc cihazlarının istehsalı üçün ideal seçim edir [7]. İkincisi: 3C-SiC-nin nanoelektronika və mikroelektromexaniki sistemlərdə (MEMS) tətbiqi onun silikon texnologiyası ilə uyğunluğundan faydalanaraq nanoelektronika və nanoelektromexaniki cihazlar kimi nanoölçülü strukturların istehsalına imkan verir [8]. Üçüncü: Geniş diapazonlu yarımkeçirici material kimi, 3C-SiC istehsalı üçün uyğundur.mavi işıq yayan diodlar(LED-lər). Onun işıqlandırma, displey texnologiyası və lazerlərdə tətbiqi yüksək işıq səmərəliliyi və asan dopinq qabiliyyətinə görə diqqəti cəlb etmişdir [9]. Dördüncüsü: Eyni zamanda, 3C-SiC mövqeyə həssas detektorların, xüsusən sıfır meyl şəraitində yüksək həssaslıq göstərən və dəqiq yerləşdirmə üçün uyğun olan yanal fotovoltaik effektə əsaslanan lazer nöqtəsi mövqeyinə həssas detektorların istehsalı üçün istifadə olunur [10] .

3. 3C SIC Heteroepitaxy hazırlığı metodu

3c-siC heteroepitaksinin əsas böyümə üsullarına daxildirKimyəvi buxarlanma (CVD), sublimasiya epitaksisi (SE), maye faza epitaksiyası (LPE), molekulyar şüa epitaksiyası (MBE), Magnetron Sputtering və s. epitaxial təbəqə).

Kimyəvi buxarlanma (CVD): SI və C elementləri olan bir mürəkkəb qazı, yüksək temperaturda qızdırılan və si atomları və C atomları və ya 6h-sic, 15-ci sitsə çökmüşdür Sic, 4h-sic substrat [11]. Bu reaksiyanın temperaturu ümumiyyətlə 1300-1500 ℃ arasındadır. Ümumi Si mənbələri SIH4, TCS, MTS, MTS və s. Və C mənbələri daxildir, əsasən C2H4, C3H8 və s. Daşıyıcı qaz kimi H2 ilə daxildir. Böyümə prosesi əsasən aşağıdakı addımları əhatə edir: 1. Qaz faza reaksiya mənbəyi əsas qaz axınınındakı çökmə zonasına aparılır. 2. Qaz fazası reaksiyası, incə film prekursorları və əlavə məhsullar yaratmaq üçün sərhəd qatında baş verir. 3. Yağış, adsorbsiya və prekursorun krekinq prosesi. 4. Adsorbed atoms, substrat səthinə köç və yenidən qurulur. 5. Adsorbed atoms nüvəsi və substrat səthində böyüyür. 6. Tullantı qazının əsas qaz axını zonasına reaksiyasından sonra kütləvi nəqliyyat və reaksiya otağından çıxarılır. Şəkil 2, CVD-nin sxematik bir diaqramıdır [12].

Şəkil 2 CVD-nin sxematik diaqramı

Sublimation Epitaxy (SE) metodu: Şəkil 3, 3C-SIC hazırlamaq üçün SE metodunun eksperimental quruluşu diaqramıdır. Əsas addımlar yüksək temperatur zonasında, sublimatların daşınması və substrat səthindəki substrat səthindəki subrimatların reaksiyası və kristallaşdırılması və substrat səthindəki subrimatesin reaksiyası və kristallaşmasıdır. Təfərrüatlar aşağıdakı kimidir: 6h-sic və ya 4h-sic substrat, çarmıxın üstünə qoyulur vəyüksək təmizlik SiC tozusic xammal kimi istifadə olunur və altına yerləşdirilirqrafit pota. Çarpacaq, 1900-2100 ℃ -ə qədər radio tezlik induksiyası ilə qızdırılır və substrat temperaturu, substratda substratda kondensasiya və kristallaşdıran bir eksenli temperatur gradientini meydana gətirərək, substrat temperaturu siçan temperaturundan aşağı olması üçün idarə olunur 3C-sic heteroepitaxial yaratmaq.

Sublimasiya epitetlərinin üstünlükləri əsasən iki cəhətdədir: 1. Epitaxy temperaturu yüksəkdir, büllur qüsurlarını azalda bilər; 2. Atom səviyyəsində aşınmış bir səth əldə etmək üçün istifadə edilə bilər. Bununla birlikdə, böyümə prosesi zamanı reaksiya mənbəyi tənzimlənə bilməz və silikon-karbon nisbəti, vaxt, müxtəlif reaksiya ardıcıllığı və s. Dəyişdirilə bilməz, nəticədə böyümə prosesinin idarə olunmasında azalma halına gəlir.

Şəkil 3 3C-sic epitaxy yetişdirmək üçün SE metodunun sxematik diaqramı

Molekulyar şüa epitaxiyası (MBE), 4H-sic və ya 6h-siv substratlarda 3C-sik epitaxial təbəqə yetişdirmək üçün uyğun olan inkişaf etmiş bir incə film böyümə texnologiyasıdır. Bu üsulun əsas prinsipi: ultra yüksək bir vakuum mühitində, mənbə qazının dəqiq nəzarəti ilə böyüyən epitaxial təbəqənin elementləri, istilənən substrat səthində yönlü atom şüası və ya molekulyar şüa və hadisə yaratmaq üçün qızdırılır epitaxial böyümə. 3C-sic böyümək üçün ümumi şərtlərepitaksial təbəqələr4H-SiC və ya 6H-SiC substratlarında: silisiumla zəngin şəraitdə qrafen və təmiz karbon mənbələri elektron silahla qaz halına salınır və reaksiya temperaturu kimi 1200-1350 ℃ istifadə olunur. 3C-SiC heteroepitaksial artım 0,01-0,1 nms-1 [13] artım sürətində əldə edilə bilər.

Nəticə və perspektiv

Davamlı texnoloji tərəqqi və dərin mexanizm araşdırması sayəsində 3C-SiC heteroepitaksial texnologiyasının yarımkeçirici sənayedə daha mühüm rol oynaması və yüksək səmərəli elektron cihazların inkişafını təşviq etməsi gözlənilir. Məsələn, aşağı qüsur sıxlığını qoruyarkən böyümə sürətini artırmaq üçün HCl atmosferinin tətbiqi kimi yeni böyümə üsulları və strategiyalarının tədqiqini davam etdirmək gələcək tədqiqatların istiqamətidir; qüsurların əmələ gəlməsi mexanizmi üzrə dərin tədqiqatlar və qüsurların daha dəqiq idarə edilməsinə nail olmaq və material xassələrini optimallaşdırmaq üçün fotolüminessensiya və katodolüminesans analizi kimi daha təkmil xarakterləşdirmə üsullarının işlənib hazırlanması; yüksək keyfiyyətli qalın filmin sürətli böyüməsi 3C-SiC yüksək gərginlikli cihazların ehtiyaclarını ödəmək üçün açardır və böyümə sürəti ilə materialın vahidliyi arasındakı tarazlığı aradan qaldırmaq üçün əlavə tədqiqatlar tələb olunur; 3C-SiC-nin SiC/GaN kimi heterojen strukturlarda tətbiqi ilə birlikdə onun enerji elektronikası, optoelektronik inteqrasiya və kvant məlumatlarının emalı kimi yeni cihazlarda potensial tətbiqlərini araşdırın.

İstinadlar:

[1] Nishino S , Hazuki Y , Matsunami H , et al. Püskürtülmüş SiC Aralıq Layeri ilə Silikon Substratda Tək Kristal β‐SiC Filmlərinin Kimyəvi Buxar Depoziti [J]. Elektrokimya Cəmiyyətinin jurnalı, 1980, 127(12):2674-2680.

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun, et al. Aşağı temperaturun böyüməsi, silikon əsaslı silikon karbidli film [j]. Tacuum Elm və Texnologiya jurnalı, 2002, 022 (001): 58-60 (001).

[3] An Xia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, və başqaları (111) Si substratı üzərində nano-SiC nazik filmlərin hazırlanması: Şandong Normal Universitetinin jurnalı: Təbiət Elmi Nəşri, 2001: 382-384. ..

[4] Seki K, Alexander, Kozawa S, et al. Məhlul artımında həddindən artıq doyma nəzarəti ilə SiC-nin politip-selektiv artımı[J]. Crystal Growth jurnalı, 2012, 360:176-180.

[5] Chen Yao, Zhao Fuqiang, Zhu Bingxian, He Shuai, evdə və xaricdə silisium karbid güc cihazlarının inkişafının icmalı [J], 2020: 49-54.

[6] Li X, Wang G .CVD-nin inkişaf etmiş morfologiyası olan 4H-sik təbəqələrin 3C-SIC qatının böyüməsi [J] .Solid Dövlət Rabitə, 2023: 371.

[7] hou kaiwen. SI qrafik substrat tədqiqatı və 3C-sic [D]-də tətbiqi. Xi'an Texnologiya Universiteti, 2018.

[8]Lars, Hiller, Tomas və b. 3C-SiC(100) Mesa Strukturlarının ECR-Etchingində Hidrogen Effektləri[J].Material Elmləri Forumu, 2014.

[9] Xu Qingfang. Lazer Kimyəvi Qaz Döşəmə Metodu Hazırlığı-3C-SIC Filmində [D]. Wuhan Texnologiya Universiteti, 2016.

[10] Foisal a r m, nguyen t, dinh t k, et al.3c-sic / si heterostruktur: Fotovoltaik effektə əsaslanan mövqe-həssas detektorlar üçün əla bir platforma [J] .aklar Tətbiqi Materiallar və İnterfeyslər, 2019: 40980-40987.

[11] Xin Bin, CVD prosesinə əsaslanan 3C/4H-SiC heteroepitaksial böyümə: qüsurların təsviri və təkamülü [D].

[12] Dong lin. Silikon karbid çox uzantı artım texnologiyası və fiziki xüsusiyyətlərin böyük sahəsi [D]. Çin Elmlər Universiteti, 2014-cü illər Akademiyası.

[13] Diani M, Simon L, Kubler L, et al. 6h-sic (0001) substratda 3C-nin politype kristal artımı [j]. Kristal artım jurnalı, 2002, 235 (1): 95-102.