1. Муқаддима
Бо вуҷуди даҳсолаҳои таҳқиқот, гетероэпитаксиалии 3C-SiC, ки дар субстратҳои кремний парвариш карда шудааст, ҳанӯз сифати кофии кристаллро барои барномаҳои электронии саноатӣ ба даст наовардааст. Афзоиш одатан дар субстратҳои Si(100) ё Si(111) анҷом дода мешавад, ки ҳар кадоми онҳо мушкилоти хос доранд: доменҳои зиддифаза барои (100) ва кафидан барои (111). Дар ҳоле ки плёнкаҳои ба [111] нигаронидашуда хусусиятҳои умедбахшро ба монанди кам шудани зичии нуқсон, беҳтар шудани морфологияи сатҳ ва паст шудани фишор нишон медиҳанд, самтҳои алтернативӣ ба монанди (110) ва (211) то ҳол кам омӯхта шудаанд. Маълумоти мавҷуда нишон медиҳанд, ки шароити оптималии афзоиш метавонад ба самт хос бошад, ки таҳқиқоти систематикиро душвор мегардонад. Қобили зикр аст, ки истифодаи субстратҳои Si-и индекси Миллер баландтар (масалан, (311), (510)) барои гетероэпитаксии 3C-SiC ҳеҷ гоҳ гузориш нашудааст, ки барои таҳқиқоти иктишофӣ оид ба механизмҳои афзоиши вобаста ба самт фазои назаррас мегузорад.
2. Таҷрибавӣ
Қабатҳои 3C-SiC тавассути таҳшинкунии буғи кимиёвии фишори атмосфера (CVD) бо истифода аз газҳои пешгузаштаи SiH4/C3H8/H2 таҳшин карда шуданд. Субстратҳо вафлҳои Si бо андозаи 1 см² бо самтҳои гуногун буданд: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) ва (995. Ҳамаи субстратҳо дар меҳвар буданд, ба истиснои (100), ки дар он вафлҳои буридашудаи 2° иловатан санҷида шуданд. Тозакунии пеш аз афзоиш аз тозакунии ултрасадо дар метанол иборат буд. Протоколи афзоиш аз хориҷ кардани оксиди табиӣ тавассути гармкунии H2 дар 1000°C ва баъдан раванди стандартии думарҳила иборат буд: карбюризатсия барои 10 дақиқа дар 1165°C бо 12 sccm C3H8, сипас эпитаксия барои 60 дақиқа дар 1350°C (таносуби C/Si = 4) бо истифода аз 1,5 scm SiH4 ва 2 scm C3H8. Ҳар як даври афзоиш аз чор то панҷ самти гуногуни Si, бо ҳадди аққал як (100) пластинаи истинодиро дар бар мегирифт.
3. Натиҷаҳо ва муҳокима
Морфологияи қабатҳои 3C-SiC, ки дар зеристгоҳҳои гуногуни Si парвариш карда шудаанд (Расми 1) хусусиятҳои сатҳӣ ва ноҳамвории фарқкунандаро нишон доданд. Аз нигоҳи визуалӣ, намунаҳое, ки дар Si(100), (211), (311), (553) ва (995) парвариш карда шудаанд, ба монанди оина ба назар мерасиданд, дар ҳоле ки дигарон аз ширӣ ((331), (510)) то хира ((110), (111) буданд. Сатҳҳои ҳамвортарин (нишондиҳандаи микросохтори беҳтарин) дар зеристгоҳҳои (100)2° ва (995) ба даст оварда шуданд. Ҷолиб он аст, ки ҳамаи қабатҳо пас аз хунуккунӣ, аз ҷумла 3C-SiC(111), ки одатан ба стресс моил мебошанд, бе тарқиш монданд. Андозаи маҳдуди намуна метавонад аз тарқиш пешгирӣ карда бошад, гарчанде ки баъзе намунаҳо каҷшавӣ (инҳирофи 30-60 мкм аз марказ ба канор)-ро нишон доданд, ки дар зери микроскопияи оптикӣ бо бузургкунии 1000× аз сабаби фишори гармии ҷамъшуда муайян карда мешуд. Қабатҳои хеле хамида, ки дар зеризаминҳои Si(111), (211) ва (553) парвариш карда шуданд, шаклҳои кофташударо нишон доданд, ки ин нишонаи шиддати кашиш аст, ки барои ҳамоҳангӣ бо самти кристаллографӣ корҳои минбаъдаи таҷрибавӣ ва назариявиро талаб мекард.
Дар расми 1 натиҷаҳои XRD ва AFM (сканкунӣ дар 20×20 μm2)-и қабатҳои 3C-SC, ки дар субстратҳои Si бо самтҳои гуногун парвариш карда шудаанд, ҷамъбаст шудаанд.
Тасвирҳои микроскопияи қувваи атомӣ (AFM) (Расми 2) мушоҳидаҳои оптикиро тасдиқ карданд. Арзишҳои миёнаи квадратии реша (RMS) сатҳҳои ҳамвортаринро дар субстратҳои (100)2° ва (995) тасдиқ карданд, ки дорои сохторҳои ғалладонашакл бо андозаҳои паҳлӯии 400-800 нм буданд. Қабати парваришёфтаи (110) ноҳамвортарин буд, дар ҳоле ки хусусиятҳои дароз ва/ё параллелӣ бо сарҳадҳои гоҳ-гоҳ тез дар самтҳои дигар пайдо мешуданд ((331), (510)). Сканҳои дифракцияи рентгенӣ (XRD) θ-2θ (дар Ҷадвали 1 ҷамъбаст шудаанд) гетероэпитаксияи муваффақро барои субстратҳои индекси Миллер пасттар нишон доданд, ба истиснои Si(110), ки қуллаҳои омехтаи 3C-SiC(111) ва (110)-ро нишон доданд, ки поликристаллиро нишон медиҳанд. Ин омезиши самт қаблан барои Si(110) гузориш шуда буд, гарчанде ки баъзе таҳқиқот 3C-SiC-и истисноии (111)-ро мушоҳида карданд, ки нишон медиҳад, ки беҳсозии шароити афзоиш муҳим аст. Барои индексҳои Миллер ≥5 ((510), (553), (995)), дар конфигуратсияи стандартии θ-2θ ягон қуллаҳои XRD ошкор карда нашуданд, зеро ин сатҳҳои индекси баланд дар ин геометрия ғайридифраксия мебошанд. Набудани қуллаҳои индекси пасти 3C-SiC (масалан, (111), (200)) афзоиши як кристаллиро нишон медиҳад, ки барои муайян кардани дифраксия аз сатҳҳои индекси паст майл кардани намунаро талаб мекунад.
Расми 2 ҳисобкунии кунҷи ҳамворӣ дар дохили сохтори кристаллии CFC-ро нишон медиҳад.
Кунҷҳои кристаллографии ҳисобшуда байни сатҳҳои индекси баланд ва индекси паст (Ҷадвали 2) нодурустии калонро (>10°) нишон доданд, ки набудани онҳоро дар сканҳои стандартии θ-2θ шарҳ медиҳад. Аз ин рӯ, таҳлили фигураи қутбӣ дар намунаи ба (995) нигаронидашуда аз сабаби морфологияи ғайриоддии гранулавии он (эҳтимолан аз афзоиши сутунӣ ё дугонагӣ) ва ноҳамвории паст гузаронида шуд. Фигураҳои қутбии (111) (Расми 3) аз субстрати Si ва қабати 3C-SiC қариб якхела буданд, ки афзоиши эпитаксиалиро бе дугонагӣ тасдиқ мекунанд. Нуқтаи марказӣ дар χ≈15° пайдо шуд, ки ба кунҷи назариявии (111)-(995) мувофиқат мекунад. Се нуқтаи муодили симметрӣ дар мавқеъҳои пешбинишуда пайдо шуданд (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° ва 33.6°), гарчанде ки нуқтаи заифи пешгӯинашаванда дар χ=62°/φ=93.3° таҳқиқоти минбаъдаро талаб мекунад. Сифати кристаллӣ, ки тавассути паҳнои нуқта дар φ-сканҳо арзёбӣ мешавад, умедбахш ба назар мерасад, гарчанде ки андозагирии каҷи ларзиш барои муайян кардани миқдор зарур аст. Барои тасдиқи хусусияти эпитаксиалии эҳтимолии намунаҳои (510) ва (553), рақамҳои қутбӣ бояд анҷом дода шаванд.
Дар расми 3 диаграммаи қуллаи XRD, ки дар намунаи самтгирифташудаи (995) сабт шудааст, нишон дода шудааст, ки сатҳҳои (111)-и субстрати Si (a) ва қабати 3C-SiC (b)-ро нишон медиҳад.
4. Хулоса
Афзоиши гетероэпитаксиалии 3C-SiC дар аксари самтҳои Si ба истиснои (110), ки маводи поликристаллиро ба вуҷуд овард, муваффақ шуд. Субстратҳои Si(100)2° дур ва (995) қабатҳои ҳамвортаринро ба вуҷуд оварданд (RMS <1 нм), дар ҳоле ки (111), (211) ва (553) хамшавии назаррасро нишон доданд (30-60 мкм). Субстратҳои баландиндекс барои тасдиқи эпитаксӣ аз сабаби набудани қуллаҳои θ-2θ тавсифи пешрафтаи XRD (масалан, фигураҳои қутбӣ)-ро талаб мекунанд. Корҳои идомаёбанда андозагирии каҷи ларзиш, таҳлили стресси Раман ва васеъ кардани самтҳои иловагии баландиндекс барои анҷом додани ин таҳқиқоти иктишофиро дар бар мегиранд.
Ҳамчун истеҳсолкунандаи амудӣ муттаҳидшуда, XKH хидматҳои касбии коркарди фармоиширо бо портфели ҳамаҷонибаи субстратҳои карбидии кремний пешниҳод мекунад ва намудҳои стандартӣ ва махсусгардонидашударо, аз ҷумла 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P ва 3C-SiC, ки бо диаметрҳои аз 2 дюйм то 12 дюйм дастрасанд, пешниҳод мекунад. Таҷрибаи ҳамаҷонибаи мо дар рушди кристалл, коркарди дақиқ ва кафолати сифат роҳҳои ҳалли фармоиширо барои электроникаи барқӣ, RF ва барномаҳои навтаъсис таъмин мекунад.
Вақти нашр: 08 августи соли 2025