1. Inleiding
Ten spyte van dekades se navorsing, het heteroepitaksiale 3C-SiC wat op silikonsubstrate gekweek word, nog nie voldoende kristalkwaliteit vir industriële elektroniese toepassings bereik nie. Groei word tipies op Si(100)- of Si(111)-substrate uitgevoer, wat elk duidelike uitdagings bied: antifasedomeine vir (100) en krake vir (111). Terwyl [111]-georiënteerde films belowende eienskappe soos verminderde defekdigtheid, verbeterde oppervlakmorfologie en laer spanning vertoon, bly alternatiewe oriëntasies soos (110) en (211) onderbestudeer. Bestaande data dui daarop dat optimale groeitoestande oriëntasie-spesifiek kan wees, wat sistematiese ondersoek bemoeilik. Dit is opmerklik dat die gebruik van hoër-Miller-indeks Si-substrate (bv. (311), (510)) vir 3C-SiC heteroepitaksie nog nooit gerapporteer is nie, wat aansienlike ruimte laat vir verkennende navorsing oor oriëntasie-afhanklike groeimeganismes.
2. Eksperimenteel
Die 3C-SiC-lae is neergelê via atmosferiese druk chemiese dampafsetting (CVD) met behulp van SiH4/C3H8/H2 voorlopergasse. Die substrate was 1 cm² Si-wafels met verskillende oriëntasies: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), en (995). Alle substrate was op-as behalwe vir (100), waar 2° afsny-wafels addisioneel getoets is. Voor-groei skoonmaak het ultrasoniese ontvettering in metanol behels. Die groeiprotokol het die verwydering van natuurlike oksied deur H2-uitgloeiing by 1000°C behels, gevolg deur 'n standaard tweestapproses: karburisering vir 10 minute by 1165°C met 12 sccm C3H8, dan epitaksie vir 60 minute by 1350°C (C/Si-verhouding = 4) met behulp van 1.5 sccm SiH4 en 2 sccm C3H8. Elke groeilopie het vier tot vyf verskillende Si-oriëntasies ingesluit, met ten minste een (100) verwysingswafer.
3. Resultate en Bespreking
Die morfologie van 3C-SiC-lae wat op verskeie Si-substrate gekweek is (Fig. 1) het duidelike oppervlakkenmerke en ruheid getoon. Visueel het monsters wat op Si(100), (211), (311), (553) en (995) gekweek is, spieëlagtig voorgekom, terwyl ander gewissel het van melkerig ((331), (510)) tot dof ((110), (111)). Die gladste oppervlaktes (wat die fynste mikrostruktuur toon) is verkry op (100)2° af- en (995)-substrate. Merkwaardig genoeg het alle lae kraakvry gebly na afkoeling, insluitend die tipies spanningsgeneigde 3C-SiC(111). Die beperkte monstergrootte het moontlik krake voorkom, hoewel sommige monsters buiging (30-60 μm defleksie van middelpunt na rand) vertoon het, waarneembaar onder optiese mikroskopie by 1000× vergroting as gevolg van opgehoopte termiese spanning. Hoogs geboë lae wat op Si(111), (211) en (553) substrate gegroei het, het konkawe vorms vertoon wat trekspanning aandui, wat verdere eksperimentele en teoretiese werk vereis om met kristallografiese oriëntasie te korreleer.
Figuur 1 som die XRD- en AFM-resultate (skandering teen 20×20 μ m2) van die 3C-SC-lae op wat op Si-substrate met verskillende oriëntasies gekweek is.
Atoomkragmikroskopie (AFM) beelde (Fig. 2) het optiese waarnemings bevestig. Wortelgemiddelde-kwadraat (RMS) waardes het die gladste oppervlaktes op (100)2° af en (995) substrate bevestig, met korrelagtige strukture met 400-800 nm laterale afmetings. Die (110)-gegroeide laag was die grofste, terwyl verlengde en/of parallelle kenmerke met af en toe skerp grense in ander oriëntasies verskyn het ((331), (510)). X-straaldiffraksie (XRD) θ-2θ skanderings (opgesom in Tabel 1) het suksesvolle heteroepitaksie vir laer-Miller-indeks substrate getoon, behalwe vir Si(110) wat gemengde 3C-SiC(111) en (110) pieke getoon het wat polikristalliniteit aandui. Hierdie oriëntasievermenging is voorheen vir Si(110) gerapporteer, hoewel sommige studies eksklusiewe (111)-georiënteerde 3C-SiC waargeneem het, wat daarop dui dat groeitoestandoptimalisering krities is. Vir Miller-indekse ≥5 ((510), (553), (995)), is geen XRD-pieke in standaard θ-2θ-konfigurasie waargeneem nie, aangesien hierdie hoë-indeksvlakke nie-diffraksief is in hierdie geometrie. Die afwesigheid van lae-indeks 3C-SiC-pieke (bv. (111), (200)) dui op enkelkristallyne groei, wat monsterkanteling vereis om diffraksie van lae-indeksvlakke op te spoor.
Figuur 2 toon die berekening van die vlakhoek binne die CFK-kristalstruktuur.
Die berekende kristallografiese hoeke tussen hoë-indeks en lae-indeks vlakke (Tabel 2) het groot wanoriëntasies (>10°) getoon, wat hul afwesigheid in standaard θ-2θ skanderings verklaar. Poolfiguuranalise is dus op die (995)-georiënteerde monster uitgevoer as gevolg van sy ongewone korrelvormige morfologie (moontlik as gevolg van kolomgroei of tweelingvorming) en lae ruheid. Die (111) poolfigure (Fig. 3) van Si-substraat en 3C-SiC-laag was byna identies, wat epitaksiale groei sonder tweelingvorming bevestig. Die sentrale kol het by χ≈15° verskyn, wat ooreenstem met die teoretiese (111)-(995) hoek. Drie simmetrie-ekwivalente kolle het by verwagte posisies verskyn (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° en 33.6°), hoewel 'n onvoorspelde swak kol by χ=62°/φ=93.3° verdere ondersoek vereis. Die kristallyne kwaliteit, beoordeel via kolwydte in φ-skanderings, lyk belowend, hoewel skommelkrommemetings nodig is vir kwantifisering. Poolfigure vir (510) en (553) monsters moet nog voltooi word om hul vermoedelike epitaksiale aard te bevestig.
Figuur 3 toon die XRD-piekdiagram wat op die (995)-georiënteerde monster aangeteken is, wat die (111)-vlakke van die Si-substraat (a) en die 3C-SiC-laag (b) vertoon.
4. Gevolgtrekking
Heteroepitaxiale 3C-SiC-groei het op die meeste Si-oriëntasies geslaag, behalwe (110), wat polikristallyne materiaal opgelewer het. Si(100)2° af en (995) substrate het die gladste lae geproduseer (RMS <1 nm), terwyl (111), (211) en (553) beduidende buiging (30-60 μm) getoon het. Hoë-indeks substrate vereis gevorderde XRD-karakterisering (bv. poolfigure) om epitaksie as gevolg van afwesige θ-2θ pieke te bevestig. Voortgesette werk sluit in skommelkrommemetings, Raman-spanningsanalise en uitbreiding na bykomende hoë-indeks-oriëntasies om hierdie verkennende studie te voltooi.
As 'n vertikaal geïntegreerde vervaardiger, bied XKH professionele, aangepaste verwerkingsdienste met 'n omvattende portefeulje van silikonkarbiedsubstrate, wat standaard- en gespesialiseerde tipes bied, insluitend 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P en 3C-SiC, beskikbaar in diameters van 2 duim tot 12 duim. Ons end-tot-end kundigheid in kristalgroei, presisiebewerking en gehalteversekering verseker pasgemaakte oplossings vir kragelektronika, RF en opkomende toepassings.
Plasingstyd: 8 Augustus 2025