1. Уводзіны
Нягледзячы на дзесяцігоддзі даследаванняў, гетэраэпітаксіяльны 3C-SiC, вырашчаны на крэмніевых падкладках, пакуль не дасягнуў дастатковай крыштальнай якасці для прамысловага прымянення ў электроніцы. Рост звычайна праводзіцца на падкладках Si(100) або Si(111), кожная з якіх мае свае асаблівасці: антыфазныя дамены для (100) і расколіны для (111). Хоць плёнкі з арыентацыяй [111] дэманструюць перспектыўныя характарыстыкі, такія як зніжаная шчыльнасць дэфектаў, палепшаная марфалогія паверхні і меншае напружанне, альтэрнатыўныя арыентацыі, такія як (110) і (211), застаюцца недастаткова вывучанымі. Існуючыя дадзеныя сведчаць аб тым, што аптымальныя ўмовы росту могуць быць спецыфічнымі для арыентацыі, што ўскладняе сістэматычныя даследаванні. Прыкметна, што выкарыстанне падкладак Si з больш высокім індэксам Мілера (напрыклад, (311), (510)) для гетэраэпітаксіі 3C-SiC ніколі не паведамлялася, што пакідае значную прастору для даследчых механізмаў росту, якія залежаць ад арыентацыі.
2. Эксперыментальны
Пласты 3C-SiC былі нанесены метадам хімічнага асаджэння з паравой фазы (CVD) пры атмасферным ціску з выкарыстаннем газаў-папярэднікаў SiH4/C3H8/H2. Падкладкі ўяўлялі сабой крэмніевыя пласціны плошчай 1 см² з рознай арыентацыяй: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) і (995). Усе падкладкі былі нанесены на восі, акрамя (100), дзе дадаткова былі пратэставаны пласціны з абрэзкамі 2°. Ачыстка перад ростам уключала ультрагукавое абястлушчванне ў метаноле. Пратакол вырошчвання ўключаў выдаленне натуральнага аксіду шляхам адпалу H2 пры тэмпературы 1000°C, а затым стандартны двухэтапны працэс: цэментацыя на працягу 10 хвілін пры 1165°C з выкарыстаннем 12 кубічных см³ C3H8, затым эпітаксія на працягу 60 хвілін пры 1350°C (суадносіны C/Si = 4) з выкарыстаннем 1,5 кубічных см³ SiH4 і 2 кубічных см³ C3H8. Кожны цыкл вырошчвання ўключаў ад чатырох да пяці розных арыентацый Si, прынамсі з адной (100) эталоннай пласцінай.
3. Вынікі і абмеркаванне
Марфалогія слаёў 3C-SiC, вырашчаных на розных падкладках Si (мал. 1), прадэманстравала выразныя асаблівасці паверхні і шурпатасць. Візуальна ўзоры, вырашчаныя на Si(100), (211), (311), (553) і (995), выглядалі люстранымі, у той час як іншыя вар'іраваліся ад малочнага ((331), (510)) да цьмянага ((110), (111)). Найбольш гладкія паверхні (з найлепшай мікраструктурай) былі атрыманы на падкладках (100)2° off і (995). Характэрна, што ўсе слаі заставаліся без расколін пасля астуджэння, у тым ліку тыпова схільны да напружанняў 3C-SiC(111). Абмежаваны памер узору, магчыма, прадухіліў расколіны, хоць некаторыя ўзоры прадэманстравалі выгіб (адхіленне 30-60 мкм ад цэнтра да краю), які можна было выявіць пад аптычнай мікраскапіяй пры павелічэнні 1000× з-за назапашанага тэрмічнага напружання. Моцна выгнутыя пласты, вырашчаныя на падкладках Si(111), (211) і (553), мелі ўвагнутую форму, што сведчыць аб расцяжэнні, што патрабуе далейшых эксперыментальных і тэарэтычных даследаванняў для карэляцыі з крышталаграфічнай арыентацыяй.
На малюнку 1 падсумаваны вынікі рэнтгенаўскай дыфракцыі (XRD) і АСМ (сканаванне пры 20×20 мкм2) слаёў 3C-SC, вырашчаных на крэмніевых падкладках з рознай арыентацыяй.
Здымкі атамна-сілавай мікраскапіі (АСМ) (мал. 2) пацвердзілі аптычныя назіранні. Сярэднеквадратычныя значэнні (СК) пацвердзілі найбольш гладкія паверхні на падкладках з арыентацыяй (100)2° і (995), якія маюць зернепадобныя структуры з папярочнымі памерамі 400-800 нм. Слой, вырашчаны ў кірунку (110), быў самым шурпатым, у той час як у іншых арыентацыях ((331), (510)) з'яўляліся выцягнутыя і/або паралельныя рысы з рэдкімі рэзкімі межамі). Рэнтгенаўская дыфракцыя (XRD) θ-2θ-сканаванне (падсумаванае ў табліцы 1) паказала паспяховую гетэраэпітаксію для падкладак з ніжэйшым індэксам Мілера, за выключэннем Si(110), які паказаў змешаныя пікі 3C-SiC(111) і (110), што сведчыць аб полікрышталічнасці. Такое змешванне арыентацый было апісана раней для Si(110), хоць у некаторых даследаваннях назіраўся выключна 3C-SiC з арыентацыяй (111), што сведчыць аб тым, што аптымізацыя ўмоў росту мае вырашальнае значэнне. Для індэксаў Мілера ≥5 ((510), (553), (995)) пікі рэнтгенаўскай дыфракцыі не былі выяўлены ў стандартнай канфігурацыі θ-2θ, паколькі гэтыя плоскасці з высокім індэксам не дыфрагуюць у гэтай геаметрыі. Адсутнасць пікаў 3C-SiC з нізкім індэксам (напрыклад, (111), (200)) сведчыць аб монакрышталічным росце, што патрабуе нахілу ўзору для выяўлення дыфракцыі ад плоскасцей з нізкім індэксам.
На малюнку 2 паказаны разлік вугла плоскасці ў крышталічнай структуры CFC.
Разлічаныя крышталаграфічныя вуглы паміж плоскасцямі з высокім і нізкім індэксам скрыўлення (табліца 2) паказалі значныя разарыентацыі (>10°), што тлумачыць іх адсутнасць у стандартных θ-2θ сканаваннях. Таму аналіз полюсных фігур быў праведзены на ўзоры з арыентацыяй (995) з-за яго незвычайнай гранулярнай марфалогіі (магчыма, з-за слупчатага росту або двайнікавання) і нізкай шурпатасці. Полюсныя фігуры (111) (мал. 3) з падложкі Si і пласта 3C-SiC былі амаль ідэнтычнымі, што пацвярджае эпітаксіяльны рост без двайнікавання. Цэнтральная пляма з'явілася пры χ≈15°, што адпавядае тэарэтычнаму вуглу (111)-(995). Тры эквівалентныя сіметрыі плямы з'явіліся ў чаканых пазіцыях (χ=56,2°/φ=269,4°, χ=79°/φ=146,7° і 33,6°), хоць непрадбачаная слабая пляма пры χ=62°/φ=93,3° патрабуе далейшага даследавання. Крышталічная якасць, ацэненая па шырыні плямы на φ-сканах, выглядае шматабяцальнай, хоць для колькаснай ацэнкі неабходныя вымярэнні крывой хістання. Паляпшэнні палюсных фігур для ўзораў (510) і (553) яшчэ трэба будзе завяршыць, каб пацвердзіць іх меркаваную эпітаксіяльную прыроду.
На малюнку 3 паказана дыяграма пікаў рэнтгенаўскай дыфракцыі, атрыманая на ўзоры з арыентацыяй (995), на якой бачныя плоскасці (111) крэмніевай падложкі (а) і пласта 3C-SiC (б).
4. Заключэнне
Гетэраэпітаксіяльны рост 3C-SiC быў паспяховым на большасці арыентацый Si, за выключэннем (110), якая прывяла да атрымання полікрышталічнага матэрыялу. Падложкі Si(100)2° off і (995) далі найбольш гладкія пласты (RMS <1 нм), у той час як (111), (211) і (553) паказалі значнае выгінанне (30-60 мкм). Падложкі з высокім індэксам скрыўлення патрабуюць пашыранай рэнтгенаўскай дыфракцыйнай характарыстыкі (напрыклад, полюсныя фігуры) для пацверджання эпітаксіі з-за адсутнасці пікаў θ-2θ. Бягучая праца ўключае вымярэнні крывой хістання, аналіз напружанняў Рамана і пашырэнне на дадатковыя арыентацыі з высокім індэксам скрыўлення для завяршэння гэтага даследчага даследавання.
Як вертыкальна інтэграваны вытворца, XKH прадастаўляе прафесійныя паслугі па індывідуальнай апрацоўцы з шырокім асартыментам карбід-крэмніевых падкладак, прапаноўваючы стандартныя і спецыялізаваныя тыпы, у тым ліку 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P і 3C-SiC, даступныя ў дыяметрах ад 2 да 12 цаляў. Наш комплексны вопыт у вырошчванні крышталяў, дакладнай апрацоўцы і забеспячэнні якасці гарантуе індывідуальныя рашэнні для сілавой электронікі, радыёчастотных і новых прыкладанняў.
Час публікацыі: 08 жніўня 2025 г.