१. परिचय
दशकांच्या संशोधनानंतरही, सिलिकॉन सब्सट्रेट्सवर उगवलेल्या हेटेरोएपिटाक्सियल 3C-SiC ने औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगांसाठी पुरेशी क्रिस्टल गुणवत्ता अद्याप प्राप्त केलेली नाही. वाढ सामान्यतः Si(100) किंवा Si(111) सब्सट्रेट्सवर केली जाते, प्रत्येकामध्ये वेगवेगळी आव्हाने असतात: (100) साठी अँटी-फेज डोमेन आणि (111) साठी क्रॅकिंग. [111]-ओरिएंटेड फिल्म्स कमी झालेली दोष घनता, सुधारित पृष्ठभाग आकारविज्ञान आणि कमी ताण यासारख्या आशादायक वैशिष्ट्यांचे प्रदर्शन करतात, परंतु (110) आणि (211) सारख्या पर्यायी अभिमुखतेचा अभ्यास अद्याप झालेला नाही. विद्यमान डेटा सूचित करतो की इष्टतम वाढीच्या परिस्थिती अभिमुखता-विशिष्ट असू शकतात, ज्यामुळे पद्धतशीर तपासणी गुंतागुंतीची होते. विशेष म्हणजे, 3C-SiC हेटेरोएपिटॅक्सीसाठी उच्च-मिलर-इंडेक्स Si सब्सट्रेट्स (उदा., (311), (510)) चा वापर कधीही नोंदवला गेला नाही, ज्यामुळे अभिमुखता-आधारित वाढ यंत्रणेवर शोधात्मक संशोधनासाठी महत्त्वपूर्ण जागा सोडली जाते.
२. प्रायोगिक
3C-SiC थरांना SiH4/C3H8/H2 प्रिकर्सर वायू वापरून वातावरणीय-दाब रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) द्वारे जमा केले गेले. सब्सट्रेट्स 1 सेमी² Si वेफर्स होते ज्यांचे विविध अभिमुखता होते: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), आणि (995). सर्व सब्सट्रेट्स अक्षावर होते (100) वगळता, जिथे 2° ऑफ-कट वेफर्सची अतिरिक्त चाचणी घेण्यात आली. वाढीपूर्वीच्या साफसफाईमध्ये मिथेनॉलमध्ये अल्ट्रासोनिक डीग्रेझिंगचा समावेश होता. वाढीच्या प्रक्रियेत १०००°C वर H2 अ‍ॅनिलिंगद्वारे मूळ ऑक्साईड काढून टाकणे समाविष्ट होते, त्यानंतर एक मानक द्वि-चरण प्रक्रिया होती: १२ sccm C3H8 सह ११६५°C वर १० मिनिटे कार्बरायझेशन, नंतर १३५०°C (C/Si गुणोत्तर = ४) वर १.५ sccm SiH4 आणि २ sccm C3H8 वापरून ६० मिनिटे एपिटॅक्सी. प्रत्येक वाढीच्या प्रक्रियेत चार ते पाच वेगवेगळ्या Si अभिमुखता समाविष्ट होत्या, ज्यामध्ये किमान एक (१००) संदर्भ वेफर होता.
३. निकाल आणि चर्चा
विविध Si सब्सट्रेट्सवर वाढवलेल्या 3C-SiC थरांच्या आकारविज्ञानात (आकृती 1) पृष्ठभागाची विशिष्ट वैशिष्ट्ये आणि खडबडीतपणा दिसून आला. दृश्यमानपणे, Si(100), (211), (311), (553) आणि (995) वर वाढवलेले नमुने आरशासारखे दिसले, तर इतर दुधाळ ((331), (510)) ते कंटाळवाणे ((110), (111)) पर्यंत होते. सर्वात गुळगुळीत पृष्ठभाग (सर्वोत्तम सूक्ष्म रचना दर्शविणारे) (100)2° ऑफ आणि (995) सब्सट्रेट्सवर मिळाले. उल्लेखनीय म्हणजे, सर्व थर थंड झाल्यानंतर क्रॅक-मुक्त राहिले, ज्यामध्ये सामान्यतः ताण-प्रवण 3C-SiC(111) समाविष्ट आहे. मर्यादित नमुना आकारामुळे क्रॅकिंग टाळता आले असावे, जरी काही नमुन्यांमध्ये संचित थर्मल ताणामुळे 1000× मॅग्निफिकेशनवर ऑप्टिकल मायक्रोस्कोपी अंतर्गत शोधता येणारे झुकणे (केंद्रापासून काठापर्यंत 30-60 μm विक्षेपण) दिसून आले. Si(111), (211) आणि (553) सब्सट्रेट्सवर वाढलेले उच्च झुकलेले थर तन्य ताण दर्शविणारे अवतल आकार प्रदर्शित करतात, ज्यामुळे क्रिस्टलोग्राफिक अभिमुखतेशी सहसंबंधित करण्यासाठी पुढील प्रायोगिक आणि सैद्धांतिक कार्य आवश्यक आहे.
आकृती १ मध्ये वेगवेगळ्या दिशानिर्देशांसह Si सब्सट्रेट्सवर वाढवलेल्या 3C-SC थरांच्या XRD आणि AFM (20×20 μ m2 वर स्कॅनिंग) परिणामांचा सारांश दिला आहे.
अणुशक्ती सूक्ष्मदर्शक (AFM) प्रतिमा (आकृती 2) ने ऑप्टिकल निरीक्षणांना पुष्टी दिली. रूट-मीन-स्क्वेअर (RMS) मूल्यांनी (100)2° ऑफ आणि (995) सब्सट्रेट्सवरील सर्वात गुळगुळीत पृष्ठभागांची पुष्टी केली, ज्यामध्ये 400-800 nm पार्श्व परिमाणांसह धान्यासारख्या संरचना होत्या. (110)-वाढलेला थर सर्वात खडबडीत होता, तर अधूनमधून तीक्ष्ण सीमांसह वाढवलेला आणि/किंवा समांतर वैशिष्ट्ये इतर अभिमुखतेमध्ये दिसू लागली ((331), (510)). एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) θ-2θ स्कॅन (सारणी 1 मध्ये सारांशित) ने लोअर-मिलर-इंडेक्स सब्सट्रेट्ससाठी यशस्वी हेटेरोएपिटॅक्सी उघड केले, Si(110) वगळता ज्याने पॉलीक्रिस्टलिनिटी दर्शविणारे मिश्रित 3C-SiC(111) आणि (110) शिखर दर्शविले. हे अभिमुखता मिश्रण पूर्वी Si(110) साठी नोंदवले गेले आहे, जरी काही अभ्यासांनी विशेष (111)-ओरिएंटेड 3C-SiC पाहिले, जे सूचित करते की वाढ स्थिती ऑप्टिमायझेशन महत्त्वपूर्ण आहे. मिलर निर्देशांकांसाठी ≥5 ((510), (553), (995)), मानक θ-2θ कॉन्फिगरेशनमध्ये कोणतेही XRD शिखर आढळले नाहीत कारण हे उच्च-निर्देशांक समतल या भूमितीमध्ये विवर्तनशील नाहीत. कमी-निर्देशांक 3C-SiC शिखरांची अनुपस्थिती (उदा., (111), (200)) एकल-स्फटिकासारखे वाढ सूचित करते, कमी-निर्देशांक समतलांमधून विवर्तन शोधण्यासाठी नमुना झुकवणे आवश्यक आहे.
आकृती २ मध्ये CFC क्रिस्टल रचनेतील समतल कोनाची गणना दाखवली आहे.
उच्च-निर्देशांक आणि निम्न-निर्देशांक समतलांमधील गणना केलेल्या क्रिस्टलोग्राफिक कोनांमध्ये (तक्ता २) मोठे चुकीचे दिशानिर्देश (>१०°) दिसून आले, जे मानक θ-२θ स्कॅनमध्ये त्यांची अनुपस्थिती स्पष्ट करते. म्हणून, (९९५)-केंद्रित नमुन्यावर त्याच्या असामान्य दाणेदार आकारविज्ञानामुळे (संभाव्यतः स्तंभीय वाढ किंवा जुळ्या आकारविज्ञानामुळे) आणि कमी खडबडीतपणामुळे ध्रुव आकृती विश्लेषण केले गेले. Si सब्सट्रेट आणि 3C-SiC थरातील (१११) ध्रुव आकृत्या (आकृती ३) जवळजवळ एकसारख्या होत्या, जुळ्या नसलेल्या एपिटॅक्सियल वाढीची पुष्टी करत होत्या. मध्यवर्ती स्थान χ≈१५° वर दिसले, जे सैद्धांतिक (१११)-(९९५) कोनाशी जुळते. अपेक्षित स्थानांवर तीन सममिती-समतुल्य स्पॉट्स दिसू लागले (χ=५६.२°/φ=२६९.४°, χ=७९°/φ=१४६.७° आणि ३३.६°), जरी χ=६२°/φ=९३.३° वर एक अप्रत्याशित कमकुवत स्पॉट आढळला तरी पुढील तपासणीची आवश्यकता आहे. φ-स्कॅनमध्ये स्पॉट रुंदीद्वारे मूल्यांकन केलेली स्फटिकीय गुणवत्ता आशादायक दिसते, जरी परिमाण निश्चित करण्यासाठी रॉकिंग वक्र मोजमाप आवश्यक आहेत. (५१०) आणि (५५३) नमुन्यांसाठी ध्रुव आकडे त्यांच्या गृहित एपिटॅक्सियल स्वरूपाची पुष्टी करण्यासाठी पूर्ण होणे बाकी आहे.
आकृती ३ मध्ये (995) ओरिएंटेड नमुन्यावर रेकॉर्ड केलेला XRD पीक आकृती दाखवली आहे, जी Si सब्सट्रेट (a) आणि 3C-SiC थर (b) चे (111) प्लेन दाखवते.
४. निष्कर्ष
(११०) वगळता बहुतेक Si अभिमुखतेवर हेटेरोएपिटाक्सियल ३C-SiC वाढ यशस्वी झाली, ज्यामुळे पॉलीक्रिस्टलाइन मटेरियल मिळाले. Si(१००)२° ऑफ आणि (९९५) सब्सट्रेट्सनी सर्वात गुळगुळीत थर (RMS <१ nm) तयार केले, तर (१११), (२११) आणि (५५३) ने लक्षणीय झुकणे (३०-६० μm) दर्शविले. उच्च-निर्देशांक सब्सट्रेट्सना θ-२θ शिखरांच्या अनुपस्थितीमुळे एपिटॅक्सीची पुष्टी करण्यासाठी प्रगत XRD वैशिष्ट्यीकरण (उदा. ध्रुव आकृत्या) आवश्यक आहेत. चालू कामात रॉकिंग वक्र मापन, रमन ताण विश्लेषण आणि हा शोध अभ्यास पूर्ण करण्यासाठी अतिरिक्त उच्च-निर्देशांक अभिमुखतेचा विस्तार समाविष्ट आहे.
एक उभ्या एकात्मिक उत्पादक म्हणून, XKH सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट्सच्या व्यापक पोर्टफोलिओसह व्यावसायिक सानुकूलित प्रक्रिया सेवा प्रदान करते, जे 4H/6H-N, 4H-सेमी, 4H/6H-P आणि 3C-SiC सह मानक आणि विशेष प्रकार प्रदान करते, जे 2-इंच ते 12-इंच व्यासांमध्ये उपलब्ध आहेत. क्रिस्टल ग्रोथ, प्रिसिजन मशीनिंग आणि क्वालिटी अ‍ॅश्युरन्समधील आमची एंड-टू-एंड तज्ज्ञता पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स, RF आणि उदयोन्मुख अनुप्रयोगांसाठी अनुकूलित उपाय सुनिश्चित करते.
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-०८-२०२५