3C-SiC இன் ஹெட்டோரோபிடாக்ஸி: ஒரு கண்ணோட்டம்

1. 3C-SiC இன் வரலாற்று வளர்ச்சி

சிலிக்கான் கார்பைட்டின் குறிப்பிடத்தக்க பாலிடைப்பான 3C-SiC இன் வளர்ச்சி, குறைக்கடத்தி பொருள் அறிவியலின் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றத்தை பிரதிபலிக்கிறது. 1980களில், நிஷினோ மற்றும் பலர். இரசாயன நீராவி படிவு (CVD)[1] ஐப் பயன்படுத்தி சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறில் 4 μm தடிமன் கொண்ட 3C-SiC திரைப்படத்தை முதலில் அடைந்தது, 3C-SiC மெல்லிய-படத் தொழில்நுட்பத்திற்கு அடித்தளம் அமைத்தது.

1990கள் SiC ஆராய்ச்சிக்கான பொற்காலத்தைக் குறித்தது. 1991 மற்றும் 1994 இல் முறையே 6H-SiC மற்றும் 4H-SiC சிப்களை க்ரீ ரிசர்ச் இன்க் அறிமுகப்படுத்தியது, SiC குறைக்கடத்தி சாதனங்களின் வணிகமயமாக்கலைத் தூண்டியது. இந்த தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம் 3C-SiC இன் அடுத்தடுத்த ஆராய்ச்சி மற்றும் பயன்பாடுகளுக்கான அடித்தளத்தை அமைத்தது.

21 ஆம் நூற்றாண்டின் முற்பகுதியில், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான SiC திரைப்படங்களும் சீனாவில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றத்தைக் கண்டன. Ye Zhizhen மற்றும் பலர். 2002 இல் குறைந்த வெப்பநிலையில் CVD ஐப் பயன்படுத்தி சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறுகளில் SiC திரைப்படங்களை உருவாக்கியது[2], அதே நேரத்தில் An Xia மற்றும் பலர். 2001 இல் அறை வெப்பநிலையில் மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் மூலம் இதே போன்ற முடிவுகளை அடைந்தது[3].

இருப்பினும், Si மற்றும் SiC (தோராயமாக 20%) இடையே உள்ள பெரிய லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மை 3C-SiC எபிடாக்சியல் லேயரில் அதிக குறைபாடு அடர்த்திக்கு வழிவகுத்தது, குறிப்பாக இரட்டை நிலைப்படுத்தல் எல்லைகள் (DPBs). இதைத் தணிக்க, ஆராய்ச்சியாளர்கள் 6H-SiC, 15R-SiC, அல்லது 4H-SiC போன்ற அடி மூலக்கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுத்தனர், 3C-SiC எபிடாக்சியல் அடுக்குகளை வளர்ப்பதற்கான (0001) நோக்குநிலையுடன், அதன் மூலம் குறைபாடு அடர்த்தியைக் குறைக்கிறது. உதாரணமாக, 2012 இல், Seki, Kazuaki மற்றும் பலர். 6H-SiC(0001) விதைகளில் 3C-SiC மற்றும் 6H-SiC ஆகியவற்றின் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட வளர்ச்சியை சூப்பர்சாச்சுரேஷனைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் இயக்க பாலிமார்பிஸம் கட்டுப்பாட்டு நுட்பத்தை முன்மொழிந்தார்[4-5]. 2023 இல், Xun Li et al. 14 μm/h என்ற விகிதத்தில் உகந்த CVD வளர்ச்சியைப் பயன்படுத்தி 4H-SiC அடி மூலக்கூறுகளில் DPBகள் இல்லாத மென்மையான 3C-SiC எபிடாக்சியல் அடுக்குகளை வெற்றிகரமாகப் பெற்றனர்[6].

2. 3C-SiC இன் படிக அமைப்பு மற்றும் பயன்பாடுகள்

பல SiC பாலிடைப்களில், 3C-SiC, β-SiC என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது ஒரே கனசதுர பாலிடைப் ஆகும். இந்த படிக அமைப்பில், Si மற்றும் C அணுக்கள் ஒன்றுக்கு ஒன்று விகிதத்தில் உள்ளன, வலுவான கோவலன்ட் பிணைப்புகளுடன் டெட்ராஹெட்ரல் யூனிட் கலத்தை உருவாக்குகின்றன. இந்த அமைப்பு ABC-ABC-... வரிசையில் அமைக்கப்பட்ட Si-C பைலேயர்களால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது, ஒவ்வொரு யூனிட் கலமும் C3 குறிப்பால் குறிக்கப்படும் அத்தகைய மூன்று அடுக்குகளைக் கொண்டுள்ளது. படம் 1 3C-SiC இன் படிக அமைப்பை விளக்குகிறது.

                                                                                                                                                                           படம் 1. 3C-SiC இன் படிக அமைப்பு

தற்போது, ​​சிலிக்கான் (Si) மின் சாதனங்களுக்கு மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் குறைக்கடத்தி பொருள். இருப்பினும், அதன் உள்ளார்ந்த வரம்புகள் அதன் செயல்திறனைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன. 4H-SiC மற்றும் 6H-SiC உடன் ஒப்பிடும்போது, ​​3C-SiC ஆனது அறை வெப்பநிலையில் (1000 cm2·V-1·s-1) மிக உயர்ந்த தத்துவார்த்த எலக்ட்ரான் இயக்கத்தைக் கொண்டுள்ளது, இது MOSFET பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் சாதகமாக அமைகிறது. கூடுதலாக, அதன் உயர் முறிவு மின்னழுத்தம், சிறந்த வெப்ப கடத்துத்திறன், அதிக கடினத்தன்மை, பரந்த பேண்ட்கேப், உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு மற்றும் கதிர்வீச்சு எதிர்ப்பு ஆகியவை 3C-SiC ஐ எலக்ட்ரானிக்ஸ், ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ், சென்சார்கள் மற்றும் தீவிர சூழல்களில் பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் நம்பிக்கைக்குரியதாக ஆக்குகின்றன:

உயர்-பவர், உயர்-அதிர்வெண் மற்றும் உயர்-வெப்பநிலை பயன்பாடுகள்: 3C-SiC இன் உயர் முறிவு மின்னழுத்தம் மற்றும் உயர் எலக்ட்ரான் இயக்கம் ஆகியவை MOSFET கள் போன்ற சக்தி சாதனங்களை உற்பத்தி செய்வதற்கு, குறிப்பாக தேவைப்படும் சூழலில்[7].

நானோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் மைக்ரோ எலக்ட்ரோ மெக்கானிக்கல் சிஸ்டம்ஸ் (MEMS): சிலிக்கான் தொழில்நுட்பத்துடன் அதன் இணக்கத்தன்மை நானோ அளவிலான கட்டமைப்புகளை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது, நானோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் MEMS சாதனங்களில் பயன்பாடுகளை செயல்படுத்துகிறது[8].

ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ்:பரந்த-பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்தி பொருளாக, 3C-SiC நீல ஒளி-உமிழும் டையோட்களுக்கு (எல்இடி) ஏற்றது. அதன் உயர் ஒளிரும் திறன் மற்றும் ஊக்கமருந்துகளின் எளிமை ஆகியவை விளக்குகள், காட்சி தொழில்நுட்பங்கள் மற்றும் லேசர்கள்[9] ஆகியவற்றில் உள்ள பயன்பாடுகளுக்கு கவர்ச்சிகரமானதாக அமைகிறது.

சென்சார்கள்:3C-SiC ஆனது நிலை-உணர்திறன் கண்டுபிடிப்பாளர்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, குறிப்பாக லேசர் ஸ்பாட் பொசிஷன்-சென்சிட்டிவ் டிடெக்டர்கள் பக்கவாட்டு ஒளிமின்னழுத்த விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்டது. இந்த டிடெக்டர்கள் பூஜ்ஜிய சார்பு நிலைகளின் கீழ் அதிக உணர்திறனை வெளிப்படுத்துகின்றன, அவை துல்லியமான நிலைப்படுத்தல் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகின்றன[10].

3. 3C-SiC ஹெட்டோரோபிடாக்ஸிக்கான தயாரிப்பு முறைகள்

3C-SiC ஹெட்டோரோபிடாக்ஸிக்கான பொதுவான முறைகள் இரசாயன நீராவி படிவு (CVD), பதங்கமாதல் எபிடாக்ஸி (SE), திரவ நிலை எபிடாக்ஸி (LPE), மூலக்கூறு பீம் எபிடாக்ஸி (MBE) மற்றும் மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் ஆகியவை அடங்கும். CVD என்பது 3C-SiC எபிடாக்ஸிக்கு விருப்பமான முறையாகும், ஏனெனில் வெப்பநிலை, வாயு ஓட்டம், அறை அழுத்தம் மற்றும் எதிர்வினை நேரம் ஆகியவற்றின் அடிப்படையில் அதன் கட்டுப்பாடு மற்றும் தகவமைப்புத் தன்மை காரணமாக, எபிடாக்சியல் லேயர் தரத்தை மேம்படுத்துகிறது.

இரசாயன நீராவி படிவு (CVD):Si மற்றும் C கொண்ட வாயு சேர்மங்கள் எதிர்வினை அறைக்குள் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டு அதிக வெப்பநிலைக்கு சூடேற்றப்பட்டு, அவற்றின் சிதைவுக்கு வழிவகுக்கும். Si மற்றும் C அணுக்கள், பொதுவாக Si, 6H-SiC, 15R-SiC, அல்லது 4H-SiC [11] என்ற அடி மூலக்கூறில் டெபாசிட் செய்கின்றன. இந்த எதிர்வினை பொதுவாக 1300-1500 டிகிரி செல்சியஸ் இடையே நிகழ்கிறது. பொதுவான Si ஆதாரங்களில் SiH4, TCS மற்றும் MTS ஆகியவை அடங்கும், அதே நேரத்தில் C மூலங்கள் முதன்மையாக C2H4 மற்றும் C3H8 ஆகும், H2 கேரியர் வாயுவாக உள்ளது. படம் 2 CVD செயல்முறையின் ஒரு திட்டத்தைக் காட்டுகிறது[12].

                                                                                                                                                               படம் 2. CVD செயல்முறையின் திட்டம்

பதங்கமாதல் எபிடாக்ஸி (SE):இந்த முறையில், ஒரு 6H-SiC அல்லது 4H-SiC அடி மூலக்கூறு ஒரு க்ரூசிபிளின் மேல் வைக்கப்படுகிறது, கீழே உள்ள மூலப்பொருளாக உயர்-தூய்மை SiC தூள் உள்ளது. ரேடியோ அதிர்வெண் தூண்டல் வழியாக க்ரூசிபிள் 1900-2100 டிகிரி செல்சியஸ் வரை வெப்பப்படுத்தப்படுகிறது, அச்சு வெப்பநிலை சாய்வு உருவாக்க மூல வெப்பநிலையை விட அடி மூலக்கூறு வெப்பநிலையை பராமரிக்கிறது. இது 3C-SiC ஹீட்டோரோபிடாக்சியை உருவாக்கும், அடி மூலக்கூறில் பதங்கமாக்கப்பட்ட SiC ஐ ஒடுக்கி படிகமாக்குகிறது.

மூலக்கூறு பீம் எபிடாக்ஸி (MBE):இந்த மேம்பட்ட மெல்லிய-பட வளர்ச்சி நுட்பம் 4H-SiC அல்லது 6H-SiC அடி மூலக்கூறுகளில் 3C-SiC எபிடாக்சியல் அடுக்குகளை வளர்க்க ஏற்றது. அதி-உயர் வெற்றிடத்தின் கீழ், மூல வாயுக்களின் துல்லியமான கட்டுப்பாடு, உட்கூறு கூறுகளின் திசை அணு அல்லது மூலக்கூறு கற்றைகளை உருவாக்க உதவுகிறது. இந்த விட்டங்கள் எபிடாக்சியல் வளர்ச்சிக்காக சூடான அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பை நோக்கி செலுத்தப்படுகின்றன.

4. முடிவு மற்றும் அவுட்லுக்

தொடர்ச்சியான தொழில்நுட்ப முன்னேற்றங்கள் மற்றும் ஆழமான இயந்திரவியல் ஆய்வுகள் மூலம், 3C-SiC ஹெட்டோரோபிடாக்சி, செமிகண்டக்டர் துறையில் பெருகிய முறையில் முக்கிய பங்கு வகிக்க தயாராக உள்ளது, இது ஆற்றல்-திறனுள்ள மின்னணு சாதனங்களின் வளர்ச்சியை ஊக்குவிக்கிறது. குறைந்த குறைபாடு அடர்த்தியை பராமரிக்கும் அதே வேளையில் வளர்ச்சி விகிதங்களை அதிகரிக்க HCl வளிமண்டலங்களை அறிமுகப்படுத்துவது போன்ற புதிய வளர்ச்சி நுட்பங்களை ஆராய்வது எதிர்கால ஆராய்ச்சிக்கான ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய வழி. குறைபாடு உருவாக்கும் வழிமுறைகள் மற்றும் மேம்பட்ட குணாதிசய நுட்பங்களின் மேம்பாடு பற்றிய மேலும் ஆய்வு துல்லியமான குறைபாடு கட்டுப்பாடு மற்றும் உகந்த பொருள் பண்புகளை செயல்படுத்தும். உயர்தர, தடிமனான 3C-SiC படங்களின் விரைவான வளர்ச்சி உயர் மின்னழுத்த சாதனங்களின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்கு முக்கியமானது, வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் பொருள் சீரான தன்மைக்கு இடையே உள்ள சமநிலையை நிவர்த்தி செய்ய மேலும் ஆராய்ச்சி தேவைப்படுகிறது. SiC/GaN போன்ற ஹீட்டோரோஸ்ட்ரக்சர்களில் 3C-SiC இன் பயன்பாடுகளை மேம்படுத்துவதன் மூலம், பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ், ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் குவாண்டம் தகவல் செயலாக்கம் போன்ற புதுமையான சாதனங்களில் அதன் திறனை முழுமையாக ஆராய முடியும்.

குறிப்புகள்:

[1] Nishino S , Hazuki Y , Matsunami H , மற்றும் பலர். சிங்கிள் கிரிஸ்டலின் β-SiC ஃபிலிம்களின் இரசாயன நீராவி படிவு சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறுடன் Sputtered SiC இன்டர்மீடியட் லேயர்[J]. ஜர்னல் ஆஃப் தி எலக்ட்ரோகெமிக்கல் சொசைட்டி, 1980, 127(12):2674-2680.

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun மற்றும் பலர் சிலிக்கான்-அடிப்படையிலான சிலிக்கான் கார்பைடு மெல்லிய படங்களின் வளர்ச்சி பற்றிய ஆராய்ச்சி [J], 2002, 022(001):58-60. .

[3] An Xia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, et al. ..

[4] செகி கே, அலெக்சாண்டர், கோசாவா எஸ், மற்றும் பலர். தீர்வு வளர்ச்சியில் சூப்பர்சாச்சுரேஷன் கட்டுப்பாட்டின் மூலம் SiC இன் பாலிடைப்-தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட வளர்ச்சி[J]. ஜர்னல் ஆஃப் கிரிஸ்டல் க்ரோத், 2012, 360:176-180.

[5] Chen Yao, Zhao Fuqiang, Zhu Bingxian, He Shuai உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் சிலிக்கான் கார்பைடு சக்தி சாதனங்களின் மேம்பாடு [J] வாகனம் மற்றும் ஆற்றல் தொழில்நுட்பம், 2020: 49-54.

[6] மேம்படுத்தப்பட்ட உருவவியல்[J] உடன் 4H-SiC அடி மூலக்கூறுகளில் 3C-SiC அடுக்குகளின் Li X, Wang G .CVD வளர்ச்சி. சாலிட் ஸ்டேட் கம்யூனிகேஷன்ஸ், 2023:371.

[7] 3C-SiC வளர்ச்சியில் ஹூ கைவென் மற்றும் அதன் பயன்பாடு பற்றிய ஆராய்ச்சி, 2018.

[8]லார்ஸ், ஹில்லர், தாமஸ், மற்றும் பலர். 3C-SiC(100) Mesa Structures[J] ECR-எட்ச்சிங்கில் ஹைட்ரஜன் விளைவுகள். பொருட்கள் அறிவியல் மன்றம், 2014.

[9] வுஹான் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகம், 2016 இல் லேசர் இரசாயன நீராவி படிவு மூலம் 3C-SiC மெல்லிய படங்களை தயாரித்தல்.

[10] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K , மற்றும் பலர்

[11] Xin Bin 3C/4H-SiC ஹீட்டோரோபிடாக்சியல் வளர்ச்சியை அடிப்படையாகக் கொண்டது: குறைபாடு தன்மை மற்றும் பரிணாமம் [D] மின்னணு அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பம்.

[12] டோங் லின், பெரிய பகுதி பல-செதில் எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி தொழில்நுட்பம் மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைட்டின் இயற்பியல் பண்புக்கூறு [D] அறிவியல் பல்கலைக்கழகம், 2014.

[13] டயானி எம், சைமன் எல், குப்லர் எல், மற்றும் பலர். 6H-SiC(0001) அடி மூலக்கூறு[J] மீது 3C-SiC பாலிடைப்பின் படிக வளர்ச்சி. ஜர்னல் ஆஃப் கிரிஸ்டல் க்ரோத், 2002, 235(1):95-102.