1. Ynlieding
Nettsjinsteande tsientallen jierren ûndersyk hat heteroepitaxial 3C-SiC groeid op silisiumsubstraten noch net genôch kristalkwaliteit berikt foar yndustriële elektroanyske tapassingen. Groei wurdt typysk útfierd op Si(100) of Si(111) substraten, dy't elk ûnderskate útdagings presintearje: anty-faze domeinen foar (100) en barsten foar (111). Wylst [111]-oriïntearre films beloftefolle skaaimerken sjen litte lykas fermindere defektdichtheid, ferbettere oerflakmorfology en legere spanning, bliuwe alternative oriïntaasjes lykas (110) en (211) ûnderbestudearre. Bestaande gegevens suggerearje dat optimale groeiomstannichheden oriïntaasje-spesifyk kinne wêze, wat systematysk ûndersyk komplisearret. It is opmerklik dat it gebrûk fan Si-substraten mei in hegere Miller-yndeks (bygelyks (311), (510)) foar 3C-SiC heteroepitaxia nea rapportearre is, wêrtroch't der wichtige romte is foar ferkennend ûndersyk nei oriïntaasje-ôfhinklike groeimeganismen.
2. Eksperiminteel
De 3C-SiC-lagen waarden ôfset fia gemyske dampôfsetting (CVD) ûnder atmosfearyske druk mei SiH4/C3H8/H2 foargongergassen. De substraten wiene 1 cm² Si-wafers mei ferskate oriïntaasjes: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), en (995). Alle substraten wiene op-as útsein (100), dêr't 2° ôfsniene wafers ekstra testen waarden. Foargroei-reiniging omfette ultrasone ûntfetting yn metanol. It groeiprotokol omfette it fuortheljen fan native oksiden troch H2-gloeien by 1000 °C, folge troch in standert twa-stapsproses: karburisaasje foar 10 minuten by 1165 °C mei 12 sccm C3H8, dan epitaksy foar 60 minuten by 1350 °C (C/Si-ferhâlding = 4) mei 1,5 sccm SiH4 en 2 sccm C3H8. Elke groeirun omfette fjouwer oant fiif ferskillende Si-oriïntaasjes, mei teminsten ien (100) referinsjewafer.
3. Resultaten en diskusje
De morfology fan 3C-SiC-lagen dy't groeid binne op ferskate Si-substraten (Fig. 1) lieten ûnderskate oerflakken en rûchheid sjen. Fisueel seagen samples dy't groeid wiene op Si(100), (211), (311), (553) en (995) spegeleftige út, wylst oaren fariearden fan molkich ((331), (510)) oant dof ((110), (111)). De glêdste oerflakken (dy't de moaiste mikrostruktuer sjen litte) waarden krigen op (100)2° ôf- en (995)-substraten. Opmerklik is dat alle lagen nei it ôfkuoljen barstfrij bleaunen, ynklusyf de typysk stressgefoelige 3C-SiC(111). De beheinde samplegrutte kin barsten foarkommen hawwe, hoewol guon samples bûging lieten sjen (30-60 μm ôfbûging fan sintrum nei râne) dy't te sjen wie ûnder optyske mikroskopie by 1000× fergrutting fanwegen opboude termyske stress. Heech bûgde lagen dy't groeid binne op Si(111), (211) en (553) substraten lieten konkave foarmen sjen dy't trekspanning oanjoegen, wat fierder eksperiminteel en teoretysk wurk fereasket om te korrelearjen mei kristallografyske oriïntaasje.
Figuer 1 jout in gearfetting fan 'e XRD- en AFM-resultaten (scannen by 20 × 20 μ m2) fan 'e 3C-SC-lagen dy't groeid binne op Si-substraten mei ferskillende oriïntaasjes.
Atoomkrêftmikroskopie (AFM) ôfbyldings (Fig. 2) befêstigen optyske waarnimmings. Root-mean-square (RMS) wearden befêstigen de glêdste oerflakken op (100)2° off en (995) substraten, mei nôt-achtige struktueren mei 400-800 nm laterale diminsjes. De (110)-groeide laach wie it rûchst, wylst langwerpige en/of parallelle skaaimerken mei sa no en dan skerpe grinzen ferskynden yn oare oriïntaasjes ((331), (510)). Röntgendiffraksje (XRD) θ-2θ scans (gearfette yn Tabel 1) lieten suksesfolle heteroepitaksy sjen foar substraten mei in legere Miller-yndeks, útsein foar Si(110) dy't mingde 3C-SiC(111) en (110) pieken liet sjen dy't polykristalliniteit oanjouwe. Dizze oriïntaasjeminging is earder rapportearre foar Si(110), hoewol guon stúdzjes eksklusive (111)-oriïntearre 3C-SiC waarnommen hawwe, wat suggerearret dat optimalisaasje fan groeibetingsten kritysk is. Foar Miller-yndeksen ≥5 ((510), (553), (995)) waarden gjin XRD-pieken ûntdutsen yn standert θ-2θ-konfiguraasje, om't dizze hege-yndeks flakjes net diffraksjearje yn dizze geometry. De ôfwêzigens fan lege-yndeks 3C-SiC-pieken (bygelyks, (111), (200)) suggerearret ienkristallijne groei, wêrtroch't it stekproef kantelje moat om diffraksje fan lege-yndeks flakjes te detektearjen.
Figuer 2 lit de berekkening fan 'e flakhoeke binnen de CFK-kristalstruktuer sjen.
De berekkene kristallografyske hoeken tusken hege-yndeks en lege-yndeks flak (Tabel 2) lieten grutte misoriïntaasjes sjen (>10°), wat har ôfwêzigens yn standert θ-2θ-scans ferklearret. Poalfigueranalyse waard dêrom útfierd op it (995)-oriïntearre stekproef fanwegen syn ûngewoane korrelige morfology (mooglik fan kolomfoarmige groei of twilling) en lege rûchheid. De (111) poalfigueren (Fig. 3) fan Si-substraat en 3C-SiC-laach wiene hast identyk, wat epitaksiale groei sûnder twilling befêstige. De sintrale plak ferskynde by χ≈15°, wat oerienkomt mei de teoretyske (111)-(995) hoeke. Trije symmetry-ekwivalente plakken ferskynden op ferwachte posysjes (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° en 33.6°), hoewol in ûnfoarsjoene swakke plak by χ=62°/φ=93.3° fierder ûndersyk fereasket. De kristallijne kwaliteit, beoardiele fia spotbreedte yn φ-scans, liket beloftefol, hoewol mjittingen fan 'e skommelkromme nedich binne foar kwantifikaasje. Poalfiguren foar (510) en (553) samples moatte noch foltôge wurde om har fermoede epitaksiale aard te befêstigjen.
Figuer 3 lit it XRD-piekdiagram sjen dat opnommen is op it (995)-oriïntearre stekproef, dat de (111) flakjes fan it Si-substraat (a) en de 3C-SiC-laach (b) werjout.
4. Konklúzje
Heteroepitaxial 3C-SiC groei slagge op de measte Si-oriïntaasjes útsein (110), dat polykristallijn materiaal oplevere. Si(100)2° off en (995) substraten produsearren de glêdste lagen (RMS <1 nm), wylst (111), (211), en (553) wichtige bûging lieten sjen (30-60 μm). Substraten mei in hege yndeks fereaskje avansearre XRD-karakterisaasje (bygelyks, poalfiguren) om epitaksy te befêstigjen fanwegen ôfwêzige θ-2θ-pieken. Oanhâldend wurk omfettet mjittingen fan 'e skommelkromme, Raman-spanningsanalyse, en útwreiding nei ekstra oriïntaasjes mei in hege yndeks om dizze ferkennende stúdzje te foltôgjen.
As in fertikaal yntegreare fabrikant leveret XKH profesjonele oanpaste ferwurkingstsjinsten mei in wiidweidige portfolio fan silisiumkarbidsubstraten, en biedt standert en spesjalisearre typen, ynklusyf 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, en 3C-SiC, beskikber yn diameters fan 2-inch oant 12-inch. Us end-to-end ekspertize yn kristalgroei, presyzjebewerking en kwaliteitsfersekering soarget foar maatwurkoplossingen foar krêftelektronika, RF en opkommende tapassingen.
Pleatsingstiid: 8 augustus 2025