၁။ မိတ်ဆက်
ဆယ်စုနှစ်များစွာ သုတေသနပြုလုပ်ခဲ့သော်လည်း ဆီလီကွန်အောက်ခံများပေါ်တွင် ကြီးထွားလာသော heteroepitaxial 3C-SiC သည် စက်မှုလုပ်ငန်းသုံး အီလက်ထရွန်းနစ်အသုံးချမှုများအတွက် လုံလောက်သော ပုံဆောင်ခဲအရည်အသွေးကို မရရှိခဲ့ပါ။ ကြီးထွားမှုကို Si(100) သို့မဟုတ် Si(111) အောက်ခံများတွင် ပုံမှန်အားဖြင့် လုပ်ဆောင်လေ့ရှိပြီး တစ်ခုချင်းစီတွင် ထူးခြားသောစိန်ခေါ်မှုများကို တင်ပြသည်- (100) အတွက် anti-phase domains နှင့် (111) အတွက် cracking။ [111]-oriented films များသည် ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆ လျော့နည်းခြင်း၊ မျက်နှာပြင် morphology တိုးတက်ကောင်းမွန်လာခြင်းနှင့် ဖိအားနည်းပါးခြင်းကဲ့သို့သော အလားအလာကောင်းသော ဝိသေသလက္ခဏာများကို ပြသသော်လည်း (110) နှင့် (211) ကဲ့သို့သော အခြားဦးတည်ချက်များသည် လေ့လာရန် နည်းပါးနေဆဲဖြစ်သည်။ ရှိပြီးသားဒေတာများအရ အကောင်းဆုံးကြီးထွားမှုအခြေအနေများသည် ဦးတည်ချက်အလိုက် ကွဲပြားနိုင်ပြီး စနစ်တကျစုံစမ်းစစ်ဆေးမှုကို ရှုပ်ထွေးစေနိုင်သည်။ မှတ်သားစရာကောင်းသည်မှာ 3C-SiC heteroepitaxy အတွက် Miller-index Si အောက်ခံများ (ဥပမာ၊ (311), (510)) ကိုအသုံးပြုခြင်းကို ဘယ်သောအခါမှ အစီရင်ခံတင်ပြခြင်းမရှိသောကြောင့် ဦးတည်ချက်ပေါ်မူတည်သော ကြီးထွားမှုယန္တရားများဆိုင်ရာ စူးစမ်းလေ့လာမှုအတွက် များစွာသောနေရာများကျန်ရှိခဲ့သည်။
၂။ စမ်းသပ်ချက်
3C-SiC အလွှာများကို SiH4/C3H8/H2 ရှေ့ပြေးဓာတ်ငွေ့များကို အသုံးပြု၍ လေထုဖိအား ဓာတုအငွေ့စုပုံခြင်း (CVD) မှတစ်ဆင့် သွင်းခဲ့သည်။ အောက်ခံများသည် ဦးတည်ချက်အမျိုးမျိုးရှိသော 1 cm² Si ဝေဖာများဖြစ်သည်- (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) နှင့် (995)။ 2° off-cut ဝေဖာများကို ထပ်မံစမ်းသပ်သည့် (100) မှလွဲ၍ အောက်ခံအားလုံးသည် on-axis တွင်ရှိသည်။ ကြီးထွားမှုမတိုင်မီ သန့်ရှင်းရေးတွင် မီသနောတွင် ultrasonic degreasing ပါဝင်သည်။ ကြီးထွားမှုပရိုတိုကောတွင် 1000°C တွင် H2 အပူပေးခြင်းဖြင့် native oxide ဖယ်ရှားခြင်းပါဝင်ပြီး စံအဆင့်နှစ်ဆင့်လုပ်ငန်းစဉ်ဖြင့် လုပ်ဆောင်သည်- 1165°C တွင် 12 sccm C3H8 ဖြင့် 10 မိနစ်ကြာ carburization လုပ်ပြီးနောက် 1350°C တွင် 60 မိနစ်ကြာ epitaxy လုပ်ခြင်း (C/Si အချိုး = 4) 1.5 sccm SiH4 နှင့် 2 sccm C3H8 ကိုအသုံးပြု၍။ ကြီးထွားမှုတစ်ခုစီတွင် အနည်းဆုံး reference wafer တစ်ခု (100) ပါ၀င်သည့် Si ዘዴ လေးခုမှ ငါးခုအထိ ပါဝင်သည်။
၃။ ရလဒ်များနှင့် ဆွေးနွေးချက်
Si အောက်ခံအမျိုးမျိုးပေါ်တွင် ကြီးထွားလာသော 3C-SiC အလွှာများ၏ ပုံသဏ္ဌာန်သည် (ပုံ ၁) တွင် ထူးခြားသော မျက်နှာပြင်အင်္ဂါရပ်များနှင့် ကြမ်းတမ်းမှုကို ပြသခဲ့သည်။ အမြင်အာရုံအရ Si(100), (211), (311), (553) နှင့် (995) ပေါ်တွင် ကြီးထွားလာသော နမူနာများသည် မှန်ကဲ့သို့ ပေါ်နေပြီး အချို့မှာ နို့နှစ်ရောင် ((331), (510)) မှ မှိုင်းညို့ညို့ ((110), (111)) အထိ ရှိသည်။ အချောမွေ့ဆုံး မျက်နှာပြင်များ (အကောင်းဆုံး အဏုကြည့်ဖွဲ့စည်းပုံကို ပြသသည်) ကို (100)2° မှ နိမ့်သော နှင့် (995) အောက်ခံများတွင် ရရှိခဲ့သည်။ အံ့သြစရာကောင်းတာက အအေးခံပြီးနောက် အလွှာအားလုံး အက်ကွဲခြင်း ကင်းစင်နေခဲ့ပြီး ပုံမှန်အားဖြင့် ဖိစီးမှုဖြစ်လွယ်သော 3C-SiC(111) အပါအဝင်ဖြစ်သည်။ နမူနာအရွယ်အစား အကန့်အသတ်ရှိခြင်းက အက်ကွဲခြင်းကို ကာကွယ်ပေးနိုင်သော်လည်း အချို့နမူနာများသည် စုပုံနေသော အပူဖိစီးမှုကြောင့် 1000× ချဲ့ကြည့်မှုတွင် မှန်ဘီလူးအောက်တွင် တွေ့ရှိနိုင်သော ကွေးညွှတ်မှု (အလယ်ဗဟိုမှ အစွန်းသို့ 30-60 μm တိမ်းစောင်းမှု) ကို ပြသခဲ့သည်။ Si(111), (211), နှင့် (553) အောက်ခံများပေါ်တွင် ကြီးထွားလာသော မြင့်မားစွာကွေးညွှတ်နေသောအလွှာများသည် tensile strain ကိုညွှန်ပြသည့် concave shapes များကိုပြသခဲ့ပြီး crystallographic orientation နှင့် ဆက်စပ်ရန် နောက်ထပ်စမ်းသပ်မှုနှင့် သီအိုရီဆိုင်ရာလုပ်ငန်းများ လိုအပ်ပါသည်။
ပုံ ၁ သည် ဦးတည်ချက်အမျိုးမျိုးရှိသော Si အောက်ခံများပေါ်တွင် ကြီးထွားလာသော 3C-SC အလွှာများ၏ XRD နှင့် AFM (20×20 μ m2 တွင် စကင်ဖတ်ခြင်း) ရလဒ်များကို အကျဉ်းချုပ်ဖော်ပြထားသည်။
Atomic force microscopy (AFM) ပုံရိပ်များ (ပုံ ၂) သည် optical observations ကို အတည်ပြုပေးပါသည်။ Root-mean-square (RMS) တန်ဖိုးများသည် (100)2° off နှင့် (995) substrates များပေါ်ရှိ အချောမွေ့ဆုံးမျက်နှာပြင်များကို အတည်ပြုခဲ့ပြီး၊ 400-800 nm lateral dimensions ရှိသော grain-like structures များပါရှိသည်။ (110)-grown layer သည် အကြမ်းတမ်းဆုံးဖြစ်ပြီး၊ ရံဖန်ရံခါ ထက်မြက်သောနယ်နိမိတ်များပါရှိသော ရှည်လျားပြီး/သို့မဟုတ် parallel အင်္ဂါရပ်များသည် အခြား orientation များတွင် ပေါ်လာသည် ((331), (510))။ X-ray diffraction (XRD) θ-2θ scans (ဇယား ၁ တွင် အကျဉ်းချုပ်ဖော်ပြထားသည်) သည် Si(110) မှလွဲ၍ lower-Miller-index substrates များအတွက် အောင်မြင်သော heteroepitaxy ကို ဖော်ထုတ်ခဲ့ပြီး၊ ၎င်းသည် polycrystallinity ကိုညွှန်ပြသည့် ရောနှောထားသော 3C-SiC(111) နှင့် (110) peaks များကိုပြသသည်။ ဤ orientation ရောနှောခြင်းကို Si(110) အတွက် ယခင်က အစီရင်ခံတင်ပြခဲ့သော်လည်း၊ လေ့လာမှုအချို့တွင် exclusive (111)-oriented 3C-SiC ကို တွေ့ရှိခဲ့ပြီး ကြီးထွားမှုအခြေအနေ အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်လုပ်ဆောင်ခြင်းသည် အရေးကြီးကြောင်း အကြံပြုထားသည်။ Miller အညွှန်းကိန်း 5 ≥ ((510), (553), (995)) အတွက်၊ ဤမြင့်မားသော အညွှန်းကိန်း မျက်နှာပြင်များသည် ဤဂျီသြမေတြီတွင် ကွဲလွဲခြင်းမရှိသောကြောင့်၊ စံ θ-2θ ဖွဲ့စည်းမှုတွင် XRD ထိပ်များကို မတွေ့ရှိခဲ့ပါ။ အညွှန်းကိန်းနည်းသော 3C-SiC ထိပ်များ (ဥပမာ၊ (111), (200)) မရှိခြင်းသည် single-crystalline ကြီးထွားမှုကို ညွှန်ပြနေပြီး၊ အညွှန်းကိန်းနည်းသော မျက်နှာပြင်များမှ ကွဲလွဲမှုကို ထောက်လှမ်းရန် နမူနာစောင်းရန် လိုအပ်ပါသည်။
ပုံ ၂ တွင် CFC ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံအတွင်းရှိ မျက်နှာပြင်ထောင့်တွက်ချက်မှုကို ပြသထားသည်။
မြင့်မားသော အညွှန်းကိန်းနှင့် အညွှန်းကိန်းနည်းသော မျက်နှာပြင်များကြားရှိ တွက်ချက်ထားသော ပုံဆောင်ခဲထောင့်များသည် (ဇယား ၂) တွင် ကြီးမားသော မှားယွင်းမှုများ (>10°) ပြသခဲ့ပြီး စံ θ-2θ စကင်န်များတွင် ၎င်းတို့မရှိခြင်းကို ရှင်းပြသည်။ ထို့ကြောင့် ၎င်း၏ ပုံမှန်မဟုတ်သော granular morphology (ကော်လံကြီးထွားမှု သို့မဟုတ် twinning မှ ဖြစ်နိုင်သည်) နှင့် roughness နည်းပါးခြင်းကြောင့် Pole figure analysis ကို (995)-oriented sample တွင် ပြုလုပ်ခဲ့သည်။ Si substrate နှင့် 3C-SiC layer မှ (111) pole figures (ပုံ ၃) များသည် အတော်လေး တူညီပြီး twinning မပါဘဲ epitaxial ကြီးထွားမှုကို အတည်ပြုသည်။ အလယ်ဗဟိုအစက်သည် χ≈15° တွင် ပေါ်လာပြီး သီအိုရီအရ (111)-(995) ထောင့်နှင့် ကိုက်ညီသည်။ မျှော်မှန်းထားသော အနေအထားများတွင် symmetry-equivalent အစက် သုံးခု ပေါ်လာသော်လည်း (χ=56.2°/φ=269.4°၊ χ=79°/φ=146.7° နှင့် 33.6°)၊ χ=62°/φ=93.3° တွင် မခန့်မှန်းနိုင်သော အားနည်းသည့်အစက်တစ်ခုသည် နောက်ထပ်စုံစမ်းစစ်ဆေးမှု လိုအပ်ပါသည်။ φ-scans တွင် အစက်အပြောက်အကျယ်မှတစ်ဆင့် အကဲဖြတ်သည့် ပုံဆောင်ခဲအရည်အသွေးသည် အလားအလာကောင်းပုံရသော်လည်း၊ ပမာဏသတ်မှတ်ရန်အတွက် rocking curve တိုင်းတာမှုများ လိုအပ်ပါသည်။ (510) နှင့် (553) နမူနာများအတွက် ဝင်ရိုးပုံများသည် ၎င်းတို့၏ epitaxial သဘောသဘာဝဟု ယူဆရသည့်အတိုင်း အတည်ပြုရန် ပြီးမြောက်ရန် ကျန်ရှိနေပါသည်။
ပုံ ၃ တွင် (995) တိမ်းညွတ်နေသော နမူနာတွင် မှတ်တမ်းတင်ထားသော XRD ထိပ်ပုံကို ပြသထားပြီး၊ ၎င်းသည် Si အလွှာ (a) နှင့် 3C-SiC အလွှာ (b) ၏ (111) မျက်နှာပြင်များကို ပြသထားသည်။
၄။ နိဂုံးချုပ်
Heteroepitaxial 3C-SiC ကြီးထွားမှုသည် polycrystalline ပစ္စည်းကို ရရှိစေသည့် (110) မှလွဲ၍ Si ဦးတည်ရာအများစုတွင် အောင်မြင်ခဲ့သည်။ Si(100)2° off နှင့် (995) အောက်ခံများသည် အချောမွေ့ဆုံးအလွှာများ (RMS <1 nm) ကို ထုတ်လုပ်ပေးခဲ့ပြီး (111), (211), နှင့် (553) တို့သည် သိသာထင်ရှားသော bowing (30-60 μm) ကို ပြသခဲ့သည်။ High-index substrates များသည် θ-2θ peaks မရှိခြင်းကြောင့် epitaxy ကို အတည်ပြုရန် အဆင့်မြင့် XRD လက္ခဏာရပ်များ (ဥပမာ၊ pole figures) လိုအပ်သည်။ လက်ရှိလုပ်ဆောင်နေသောလုပ်ငန်းတွင် rocking curve တိုင်းတာမှုများ၊ Raman stress analysis နှင့် ဤစူးစမ်းလေ့လာမှုကို ပြီးမြောက်စေရန် နောက်ထပ် high-index orientations များသို့ ချဲ့ထွင်ခြင်းတို့ ပါဝင်သည်။
ဒေါင်လိုက်ပေါင်းစပ်ထားသော ထုတ်လုပ်သူအနေဖြင့် XKH သည် ဆီလီကွန်ကာဗိုက် အောက်ခံများ၏ ပြည့်စုံသော အစုစုဖြင့် ပရော်ဖက်ရှင်နယ် စိတ်ကြိုက်ပြုပြင်ခြင်း ဝန်ဆောင်မှုများကို ပေးဆောင်ပြီး 4H/6H-N၊ 4H-Semi၊ 4H/6H-P နှင့် 3C-SiC အပါအဝင် စံနှင့် အထူးပြု အမျိုးအစားများကို ၂ လက်မမှ ၁၂ လက်မအထိ အချင်းများဖြင့် ရရှိနိုင်ပါသည်။ ပုံဆောင်ခဲကြီးထွားမှု၊ တိကျသော စက်ယန္တရားနှင့် အရည်အသွေးအာမခံချက်တို့တွင် ကျွန်ုပ်တို့၏ အဆုံးမှအဆုံး အတွေ့အကြုံသည် ပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများ၊ RF နှင့် ပေါ်ထွက်လာသော အသုံးချမှုများအတွက် စိတ်ကြိုက်ဖြေရှင်းချက်များကို သေချာစေသည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၅ ခုနှစ်၊ သြဂုတ်လ ၈ ရက်