Fás Criostail SiC Ardchaighdeáin a Bhaint Amach trí Rialú Grádán Teochta sa Chéad Chéim Fáis

Réamhrá

Is ábhar leathsheoltóra leathanbhanda é carbide sileacain (SiC) a tharraing aird shuntasach le blianta beaga anuas mar gheall ar a fheidhmíocht eisceachtúil in iarratais ardvoltais agus ardteochta. Ní hamháin gur fheabhsaigh an dul chun cinn tapa ar mhodhanna Iompar Gaile Fisiceach (PVT) cáilíocht chriostail aonair SiC ach d’éirigh leis monarú criostail aonair SiC 150mm a bhaint amach. Mar sin féin, tá cáilíocht nasliseog SiCtá gá le breis feabhais fós, go háirithe maidir le dlús lochtanna a laghdú. Tá sé ar eolas go maith go bhfuil lochtanna éagsúla ann laistigh de chriostail SiC a fhástar, go príomha mar gheall ar thuiscint neamhleor ar na meicníochtaí foirmithe lochtanna le linn phróiseas fáis criostail SiC. Tá gá le tuilleadh taighde domhain ar an bpróiseas fáis PVT chun trastomhas agus fad na gcriostal SiC a mhéadú agus an ráta criostalaithe a fheabhsú ag an am céanna, ag luasghéarú ar thráchtálú gléasanna SiC-bhunaithe. Chun fás criostail SiC ardchaighdeáin a bhaint amach, dhíríomar ar rialú grádán teochta le linn na céime fáis tosaigh. Ós rud é go bhféadfadh gáis atá saibhir i sileacain (Si, Si2C) damáiste a dhéanamh don dromchla criostail síl le linn na céime fáis tosaigh, bhunaíomar grádáin teochta éagsúla sa chéim tosaigh agus choigeartaíodh iad do choinníollacha teochta cóimheasa C/Si tairiseach le linn an phróisis fáis is mó. Déanann an staidéar seo iniúchadh córasach ar shaintréithe éagsúla criostail SiC a fhástar ag baint úsáide as coinníollacha próisis modhnaithe.

Modhanna Turgnamhach

Rinneadh an fás ar bholláin 6-orlach 4H-SiC ag baint úsáide as an modh PVT ar fhoshraitheanna C-aghaidh 4 ° lasmuigh den ais. Moladh coinníollacha próisis feabhsaithe don chéim tosaigh fáis. Socraíodh an teocht fáis idir 2300-2400 ° C, agus coinníodh an brú ag 5-20 Torr, i dtimpeallacht de ghás nítrigine agus argóin. 6-orlachsliseog 4H-SiCdéanta trí theicnící caighdeánacha próiseála leathsheoltóra. Tá ansliseog SiCPróiseáladh iad de réir coinníollacha éagsúla grádán teochta sa chéim tosaigh fáis agus eitseáilte ag 600 ° C ar feadh 14 nóiméad chun lochtanna a mheas. Rinneadh dlús poll eitse (EPD) an dromchla a thomhas ag baint úsáide as micreascóp optúil (OM). An leithead iomlán ag leathluach uasta (FWHM) agus íomhánna mapála ansliseog SiC 6-orlacha thomhas ag baint úsáide as córas díraonta X-gha ardtaifigh (XRD).

Torthaí agus Plé

Fíor 1: Scéimreach Mheicníocht Fáis Chriostal SiC

Chun fás criostail aonair SiC ardchaighdeáin a bhaint amach, de ghnáth is gá foinsí púdar SiC ard-íonachta a úsáid, an cóimheas C / Si a rialú go beacht, agus teocht agus brú fáis leanúnach a choinneáil. Ina theannta sin, tá sé ríthábhachtach caillteanas criostail síl a íoslaghdú agus foirmiú lochtanna dromchla ar an gcriostail síl a shochtadh le linn na céime fáis tosaigh. Léiríonn Fíor 1 scéimreach an mheicníocht fáis criostail SiC sa staidéar seo. Mar a thaispeántar i bhFíor 1, iompraítear gáis ghaile (ST) go dtí an dromchla criostail síl, áit a ndéanann siad idirleathadh agus a fhoirmíonn an criostail. Déanann roinnt gáis nach bhfuil baint acu le fás (ST) díscriosadh ón dromchla criostail. Nuair a sháraíonn an méid gáis ar an dromchla criostal síl (SG) an gás dísorbed (SD), téann an próiseas fáis ar aghaidh. Mar sin, rinneadh staidéar ar an gcóimheas gáis (SG)/gás (SD) cuí le linn an phróisis fáis trí shuíomh an chorna téimh RF a athrú.

Fíor 2: Scéimreach de Choinníollacha Próisis Fáis Criostail SiC

Léiríonn Fíor 2 scéimreach na gcoinníollacha próisis fáis criostail SiC sa staidéar seo. Tá teocht an phróisis fáis tipiciúil idir 2300 agus 2400 ° C, agus an brú á chothabháil ag 5 go 20 Torr. Le linn an phróisis fáis, coinnítear an grádán teochta ag dT=50~150°C ((a) modh traidisiúnta). Uaireanta, d'fhéadfadh lochtanna cruachta, cuimsiú polytypes a bheith mar thoradh ar sholáthar míchothrom gás foinse (Si2C, SiC2, Si), agus mar sin díghrádaigh cáilíocht criostail. Mar sin, sa chéim fáis tosaigh, trí athrú a dhéanamh ar shuíomh an choil RF, rinneadh rialú cúramach ar dT laistigh de 50 ~ 100 ° C, agus ansin coigeartaíodh é go dT=50 ~ 150 ° C le linn an phríomhphróisis fáis ((b) modh feabhsaithe) . Chun an grádán teochta (dT[°C] = Tbun-Tupper) a rialú), socraíodh an teocht ag 2300°C, agus coigeartaíodh an teocht barr ó 2270°C, 2250°C, 2200°C go 2150°C. Léiríonn Tábla 1 na híomhánna micreascóp optúla (OM) de dhromchla boule SiC a fhástar faoi choinníollacha éagsúla grádán teochta tar éis 10 n-uaire.

Tábla 1: Mhicreascóip Optúil (OM) Íomhánna de Dhromchla SiC Boule Fásta ar feadh 10 Uaireanta agus 100 Uair faoi Choinníollacha Grádáin Teochta Éagsúla

Ag dT=50°C tosaigh, bhí an dlús lochta ar an dromchla boule SiC tar éis 10 n-uaire fáis i bhfad níos ísle ná mar a bhí faoi dT=30°C agus dT=150°C. Ag dT=30°C, féadfaidh an grádán teochta tosaigh a bheith ró-bheag, rud a fhágann go gcailltear criostal síl agus foirmiú lochtanna. Os a choinne sin, ag grádán tosaigh teochta níos airde (dT=150°C), d’fhéadfadh staid fhorsháithiúcháin éagobhsaí a bheith ann, rud a d’fhágfadh cuimsiú polytype agus lochtanna mar gheall ar chomhchruinnithe arda folúntais. Mar sin féin, má dhéantar an grádán teochta tosaigh a uasmhéadú, is féidir fás criostail ardteochta a bhaint amach trí fhoirmiú lochtanna tosaigh a íoslaghdú. Ós rud é go raibh an dlús locht ar dhromchla boule SiC tar éis 100 uair an chloig fáis cosúil leis na torthaí tar éis 10 n-uaire, is é an laghdú ar fhoirmiú lochtanna le linn na céime fáis tosaigh an chéim ríthábhachtach chun criostail SiC ardchaighdeáin a fháil.

Tábla 2: Luachanna EPD na mBolláin sic eitseáilte faoi Choinníollacha Éagsúla Grádáin Teochta

sliseogeitseáilte ó bholláin a fhástar ar feadh 100 uair an chloig chun staidéar a dhéanamh ar dhlús locht criostail SiC, mar a léirítear i dTábla 2. Ba iad na luachanna EPD de chriostail SiC a fhástar faoi dT=30°C tosaigh agus dT=150°C ná 35,880/cm² agus 25,660 /cm², faoi seach, ach laghdaigh luach EPD na gcriostal SiC a fhástar faoi choinníollacha optamaithe (dT=50°C) go suntasach go 8,560/cm².

Tábla 3: Luachanna FWHM agus Íomhánna Mapála XRD de Chriotail SiC faoi Choinníollacha Éagsúla Grádáin Teocht Tosaigh

Léiríonn Tábla 3 na luachanna FWHM agus íomhánna mapála XRD de chriostail SiC a fhástar faoi choinníollacha éagsúla grádán teochta tosaigh. Ba é meánluach FWHM na criostail SiC a fhástar faoi choinníollacha optamaithe (dT = 50 ° C) ná 18.6 arcseconds, i bhfad níos ísle ná sin na criostail SiC a fhástar faoi choinníollacha grádáin teochta eile.

Conclúid

Rinneadh staidéar ar éifeacht grádán teochta na céime fáis tosaigh ar cháilíocht chriostail SiC trí ghrádán teochta (dT[°C] = Tbottom-Tupper) a rialú trí shuíomh an chorna a athrú. Thaispeáin na torthaí go raibh an dlús lochta ar dhromchla an bhúail SiC tar éis 10 n-uaire fáis faoi choinníollacha tosaigh dT=50°C i bhfad níos ísle ná mar a bhí faoi dT=30°C agus dT=150°C. Ba é meánluach FWHM na gcriostal SiC a fhástar faoi choinníollacha optamaithe (dT = 50 ° C) ná 18.6 arcseconds, i bhfad níos ísle ná sin na criostail SiC a fhástar faoi choinníollacha eile. Léiríonn sé seo go laghdaítear foirmiú lochtanna tosaigh go héifeachtach trí bharrfheabhsú an ghrádán teochta tosaigh, agus ar an gcaoi sin baintear amach fás criostail SiC ar ardchaighdeán.**