Fás Mear ar Chriostal Aonair SiC ag ÚsáidBulc CVD-SiCFoinse tríd an Modh sublimation
Trí úsáid a bhaint as athchúrsáilteBloic CVD-SiCMar fhoinse SiC, fásadh criostail SiC go rathúil ag ráta 1.46 mm/h tríd an modh Pvt. Léiríonn micreaphíopa agus dlúis díláithrithe an chriostail fhásta, in ainneoin an ráta ard fáis, go bhfuil cáilíocht na criostail den scoth.
Cairbíd sileacain (SIC)is leathsheoltóir bandgap leathan é a bhfuil airíonna den scoth aige le haghaidh feidhmeanna ardvoltais, ardchumhachta agus ardmhinicíochta. Tá méadú tagtha ar a éileamh go tapa le blianta beaga anuas, go háirithe sa réimse leathsheoltóra cumhachta. Maidir le feidhmchláir leathsheoltóra cumhachta, saothraítear criostail aonair SiC trí fhoinse SiC ard-íonachta a sublimating ag 2100-2500 ° C, ansin athchriostalú ar chriostail ag baint úsáide as an modh iompair gaile fisiceach (PVT), agus próiseáil ina dhiaidh sin chun foshraitheanna criostail aonair a fháil ar sliseog. . Go traidisiúnta,Criostail SiCa fhástar ag baint úsáide as an modh PVT ag ráta fáis 0.3 go 0.8 mm/h chun criostalacht a rialú, atá sách mall i gcomparáid le hábhair chriostail aonair eile a úsáidtear in iarratais leathsheoltóra. Nuair a fhástar criostail SiC ag rátaí arda fáis ag baint úsáide as an modh PVT, níor cuireadh as an áireamh díghrádú cáilíochta lena n-áirítear cuimsiú carbóin, íonacht laghdaithe, fás polacriostalach, foirmiú teorann gráin, agus díláithriú agus lochtanna porosity. Dá bhrí sin, níor fhorbraíodh fás tapa SiC, agus tá an ráta fáis mall SiC ina chonstaic mhór ar tháirgiúlacht foshraitheanna SiC.
Ar an láimh eile, tá tuairiscí le déanaí ar fhás tapa SiC ag baint úsáide as modhanna ardteochta taisce ceimiceach gaile (HTCVD) seachas an modh Pvt. Úsáideann modh HTCVD gal ina bhfuil Si agus C mar fhoinse SiC san imoibreoir. Níor baineadh úsáid as HTCVD fós chun SiC a tháirgeadh ar scála mór agus teastaíonn tuilleadh taighde agus forbairt le haghaidh tráchtálaithe. Is díol spéise é, fiú ag ráta ard fáis ∼3 mm/h, is féidir criostail aonair SiC a fhás le dea-chaighdeán criostail ag baint úsáide as modh HTCVD. Idir an dá linn, baineadh úsáid as comhpháirteanna SiC i bpróisis leathsheoltóra faoi thimpeallachtaí crua a éilíonn rialú próisis íonachta an-ard. I gcás iarratais ar phróiseas leathsheoltóra, is gnách go n-ullmhaítear comhpháirteanna SiC íonachta ∼99.9999% (∼6N) ag an bpróiseas CVD ó mheitiltrichlorosilane (CH3Cl3Si, MTS). Mar sin féin, in ainneoin íonachta ard na gcomhpháirteanna CVD-SiC, tá siad caite tar éis iad a úsáid. Le déanaí, breathnaíodh ar chomhpháirteanna CVD-SiC scoite mar fhoinsí SiC le haghaidh fás criostail, cé go bhfuil gá le roinnt próiseas aisghabhála lena n-áirítear brúite agus íonú chun freastal ar éilimh arda foinse fáis criostail. Sa staidéar seo, d’úsáideamar bloic CVD-SiC a caitheadh chun ábhair a athchúrsáil mar fhoinse chun criostail SiC a fhás. Ullmhaíodh na bloic CVD-SiC d'fhás criostail aonair mar bhlocanna brúite rialaithe méide, go mór difriúil i gcruth agus méid i gcomparáid leis an bpúdar SiC tráchtála a úsáidtear go coitianta sa phróiseas Pvt, agus mar sin bhíothas ag súil go mbeadh iompar fás criostail aonair SiC go suntasach. difriúil. Sula ndearnadh turgnaimh fáis criostail aonair SiC, rinneadh insamhaltaí ríomhaire chun rátaí fáis ard a bhaint amach, agus rinneadh an crios teirmeach a chumrú dá réir sin le haghaidh fás criostail aonair. Tar éis fás criostail, rinneadh measúnú ar na criostail fhásta ag tomagrafaíocht thrasghearrthach, speictreascópacht micrea-Raman, díraonadh X-gha ardtaifigh, agus topagrafaíocht X-ghathaithe bíomaí bán synchrotron.
Léiríonn Fíor 1 an fhoinse CVD-SiC a úsáidtear le haghaidh fás PVT de chriostail SiC sa staidéar seo. Mar a thuairiscítear sa réamhrá, rinneadh comhpháirteanna CVD-SiC a shintéisiú ó MTS ag an bpróiseas CVD agus a mhúnlú le húsáid leathsheoltóra trí phróiseáil mheicniúil. Rinneadh N a dhópáil sa phróiseas CVD chun seoltacht a bhaint amach d’fheidhmchláir phróiseas leathsheoltóra. Tar éis é a úsáid i bpróisis leathsheoltóra, brúitear na comhpháirteanna CVD-SiC chun an fhoinse a ullmhú le haghaidh fás criostail, mar a thaispeántar i bhFíor 1. Ullmhaíodh an fhoinse CVD-SiC mar phlátaí le tiús meán ∼0.5 mm agus meánmhéid na gcáithníní de 49.75 mm.
Fíor 1: Foinse CVD-SiC arna ullmhú ag an bpróiseas CVD bunaithe ar MTS.
Ag baint úsáide as an bhfoinse CVD-SiC a thaispeántar i bhFíor 1, d'fhás criostail SiC ag an modh PVT i bhfoirnéis téimh ionduchtúcháin. Chun an dáileadh teochta sa chrios teirmeach a mheas, baineadh úsáid as cód insamhalta tráchtála VR-PVT 8.2 (STR, Poblacht na Seirbia). Múnlaíodh an t-imoibreoir leis an gcrios teirmeach mar shamhail aisshiméadrach 2D, mar a thaispeántar i bhFíor 2, lena mhúnla mogaill. Taispeántar na hábhair go léir a úsáideadh san insamhalta i bhFíor 2, agus tá a n-airíonna liostaithe i dTábla 1. Bunaithe ar thorthaí an ionsamhlúcháin, fásadh criostail SiC ag baint úsáide as an modh PvT ag raon teochta 2250–2350°C in atmaisféar Ar ag 35 Torr ar feadh 4 huaire. Baineadh úsáid as wafer 4H-SiC 4° lasmuigh den ais mar an síol SiC. Rinneadh measúnú ar na criostail fhás le speictreascópacht micrea-Raman (Witec, UHTS 300, an Ghearmáin) agus XRD ardtaifigh (HRXRD, X'Pert-PROMED, PANalytical, An Ísiltír). Rinneadh measúnú ar na tiúchain eisíontais sna criostail SiC a fhástar ag baint úsáide as mais-speictriméadracht ian tánaisteach dinimiciúil (SIMS, Cameca IMS-6f, an Fhrainc). Rinneadh measúnú ar dhlús díláithrithe na gcriostail fhás trí úsáid a bhaint as topagrafaíocht X-gha le léas bán synchrotron ag Foinse Solais Pohang.
Fíor 2: Léaráid chrios teirmeach agus múnla mogalra d'fhás PVT i bhfoirnéis téimh ionduchtaithe.
Ós rud é go bhfásann modhanna HTCVD agus PVT criostail faoi chothromaíocht chéim gás-soladach ar thaobh an fháis, spreag fás tapa rathúil SiC trí mhodh HTCVD an dúshlán a bhaineann le fás tapa SiC de réir an mhodha PVT sa staidéar seo. Úsáideann modh HTCVD foinse gáis atá faoi rialú sreabhadh go héasca, agus úsáideann an modh PVT foinse soladach nach rialaíonn sreabhadh go díreach. Is féidir an ráta sreafa a chuirtear ar fáil don tosaigh fáis sa mhodh PVT a rialú trí ráta sublimation na foinse soladach trí rialú dáileadh teochta, ach níl sé éasca rialú beacht ar an dáileadh teochta i gcórais fáis phraiticiúil a bhaint amach.
Trí theocht na foinse a mhéadú san imoibreoir PVT, is féidir ráta fáis SiC a mhéadú trí ráta sublimation na foinse a mhéadú. Chun fás criostail cobhsaí a bhaint amach, tá sé ríthábhachtach rialú teochta ag tosaigh an fháis. Chun an ráta fáis a mhéadú gan polacriostail a fhoirmiú, ní mór grádán ardteochta a bhaint amach ar thaobh an fháis, mar a léirítear le fás SiC tríd an modh HTCVD. Ba cheart go ndéanfadh seoladh teasa ingearach neamhleor ar chúl an chaipín an teas carntha ar thaobh tosaigh an fháis a scaipeadh trí radaíocht theirmeach go dtí an dromchla fáis, rud a fhágann go gcruthófar dromchlaí breise, ie, fás ilchriostalach.
Tá an dá phróiseas aistrithe mais agus athchriostalaithe sa mhodh PVT an-chosúil leis an modh HTCVD, cé go bhfuil siad difriúil i bhfoinse SiC. Ciallaíonn sé seo gur féidir fás tapa SiC a bhaint amach freisin nuair a bhíonn ráta sublimation na foinse SiC sách ard. Mar sin féin, tá roinnt dúshlán ag baint le criostail aonair SiC ardchaighdeáin a bhaint amach faoi choinníollacha ardfháis tríd an modh Pvt. De ghnáth bíonn meascán de cháithníní beaga agus móra i bpúdair tráchtála. Mar gheall ar dhifríochtaí fuinnimh dromchla, tá comhchruinnithe eisíontais réasúnta ard ag cáithníní beaga agus sublimate roimh cháithníní móra, rud a fhágann go bhfuil tiúchan ard eisíontais i gcéimeanna luathfhás an chriostail. Ina theannta sin, de réir mar a dhianscaoileann soladach SiC isteach i speicis ghal cosúil le C agus Si, SiC2 agus Si2C ag teochtaí arda, cruthaíonn soladach C nuair a bhíonn an fhoinse SiC sublimates sa mhodh Pvt. Má tá an soladach foirmithe C beag agus éadrom go leor, faoi choinníollacha fáis tapa, is féidir cáithníní beaga C, ar a dtugtar "Deannach C," a iompar go dtí an dromchla criostail trí aistriú mais láidir, rud a fhágann cuimsiú sa chriostail fhásta. Mar sin, chun neamhíonachtaí miotail agus deannaigh C a laghdú, ba cheart méid na gcáithníní foinse SiC a rialú go ginearálta go trastomhas níos lú ná 200 μm, agus níor chóir go mbeadh an ráta fáis níos mó ná ∼0.4 mm / h chun aistriú mais mall a choinneáil agus snámh a eisiamh. C deannach. Tá neamhíonachtaí miotail agus deannaigh C mar thoradh ar dhíghrádú criostail SiC a fhástar, arb iad na príomhchonstaicí ar fhás tapa SiC tríd an modh Pvt.
Sa staidéar seo, baineadh úsáid as foinsí brúite CVD-SiC gan cáithníní beaga, deireadh a chur le deannach C ar snámh faoi aistriú mais láidir. Mar sin, dearadh an struchtúr crios teirmeach trí úsáid a bhaint as modh PVT insamhalta-bhunaithe ilfhisic chun fás tapa SiC a bhaint amach, agus taispeántar an dáileadh teochta insamhlaithe agus an grádán teochta i bhFíor 3a.
Fíor 3: (a) Dáileadh teochta agus grádán teochta in aice le tosaigh fáis an imoibreora PVT a fhaightear trí anailís eiliminte críochta, agus (b) dáileadh teocht ingearach feadh na líne aisshiméadrach.
I gcomparáid le gnáthshocruithe crios teirmeach chun criostail SiC a fhás ag ráta fáis 0.3 go 0.8 mm/h faoi ghrádán teochta beag níos lú ná 1 ° C/mm, tá grádán teochta réasúnta mór de ∼ ag socruithe an chrios teirmeach sa staidéar seo. 3.8 °C/mm ag teocht fáis ∼2268°C. Tá an luach grádán teochta sa staidéar seo inchomparáide le fás tapa SiC ag ráta 2.4 mm/u ag baint úsáide as modh HTCVD, áit a bhfuil an grádán teochta socraithe go dtí ∼14 °C/mm. Ón dáileadh teochta ingearach a thaispeántar i bhFíor 3b, dheimhnigh muid nach raibh aon ghrádán teocht droim ar ais a d'fhéadfadh polycrystals a fhoirmiú i láthair in aice leis an tosaigh fáis, mar a thuairiscítear sa litríocht.
Ag baint úsáide as an gcóras PVT, fásadh criostail SiC ón bhfoinse CVD-SiC ar feadh 4 uair an chloig, mar a thaispeántar i bhFíoracha 2 agus 3. Tá fás criostail SiC ionadaíoch ón SiC tar éis fás i bhFíor 4a. Is é tiús agus ráta fáis na criostail SiC a thaispeántar i bhFíor 4a ná 5.84 mm agus 1.46 mm/h, faoi seach. Rinneadh imscrúdú ar thionchar fhoinse SiC ar cháilíocht, ar pholaitíopa, ar mhoirfeolaíocht, agus ar íonacht an chriostail fhásta SiC a thaispeántar i bhFíor 4a, mar a thaispeántar i bhFíoracha 4b-e. Léiríonn an íomhá tomagrafaíochta trasghearrtha i bhFíor 4b go raibh an fás criostail cruth dronnach mar gheall ar na coinníollacha fáis suboptimal. Mar sin féin, d'aithin an speictreascópacht micrea-Raman i bhFíor 4c an criostail fhásta mar aon chéim de 4H-SiC gan aon chuimsiú polytype. Ba é luach FWHM an bhuaic (0004) a fuarthas ón anailís cuar roctha X-gha 18.9 arcseconds, rud a dhearbhaigh cáilíocht criostail maith freisin.
Fíor 4: (a) Criostail SiC arna fhás (ráta fáis 1.46 mm/h) agus a thorthaí meastóireachta le (b) tomagrafaíocht thrasghearrthach, (c) speictreascópacht mhicrea-Raman, (d) cuar roctha X-gha, agus ( e) topagrafaíocht X-gha.
Taispeánann Figiúr 4e topagrafaíocht X-gha an bhíoma bán a shainaithníonn scratches agus dislocations snáithithe i wafer snasta an chriostail fhásta. Tomhaiseadh dlús díláithrithe an chriostail fhásta le bheith ∼3000 ea/cm², beagán níos airde ná dlús díláithrithe an chriostail síl, a bhí ∼2000 ea/cm². Deimhníodh go bhfuil dlús díláithrithe réasúnta íseal ag an gcriostail fhásta, atá inchomparáide le cáilíocht chriostail na sliseog tráchtála. Suimiúil go leor, baineadh amach fás tapa criostail SiC ag baint úsáide as an modh PVT le foinse CVD-SiC brúite faoi ghrádán teochta mór. Ba iad na tiúchain B, Al, agus N sa chriostail fhásta ná 2.18 × 10¹⁶, 7.61 × 10¹⁵, agus 1.98 × 10¹⁹ adaimh/cm³, faoi seach. Bhí tiúchan P sa chriostail fhásta faoi bhun na teorann braite (<1.0 × 10¹⁴ adamh/cm³). Bhí na comhchruinnithe eisíontais íseal go leor d’iompróirí luchta, seachas N, a dópáil d’aon ghnó le linn an phróisis CVD.
Cé go raibh an fás criostail sa staidéar seo ar scála beag ag smaoineamh ar tháirgí tráchtála, tá impleachtaí suntasacha ag léiriú rathúil ar fhás tapa SiC le caighdeán maith criostail ag baint úsáide as foinse CVD-SiC tríd an modh PVT. Ós rud é go bhfuil foinsí CVD-SiC, in ainneoin a n-airíonna sármhaithe, iomaíoch ó thaobh costais de trí ábhair caite a athchúrsáil, táimid ag súil go n-úsáidfear go forleathan iad mar fhoinse SiC geallta chun foinsí púdar SiC a athsholáthar. Chun foinsí CVD-SiC a chur i bhfeidhm ar fhás tapa SiC, is gá an dáileadh teochta sa chóras Pvt a bharrfheabhsú, ag cur ceisteanna breise le haghaidh taighde amach anseo.
Conclúid
Sa staidéar seo, baineadh amach an léiriú rathúil ar fhás criostail SiC tapa ag baint úsáide as bloic brúite CVD-SiC faoi choinníollacha grádán ardteochta tríd an modh Pvt. Rud suimiúil, baineadh amach fás tapa criostail SiC trí mhodh PVT a chur in ionad fhoinse SiC. Táthar ag súil go n-ardóidh an modh seo go mór éifeachtacht táirgthe ar scála mór criostail aonair SiC, ar deireadh thiar ag laghdú costas aonaid foshraitheanna SiC agus ag cur chun cinn úsáid fhorleathan feistí cumhachta ardfheidhmíochta.
Am postála: Iúil-19-2024