ஆரம்ப வளர்ச்சி கட்டத்தில் வெப்பநிலை சாய்வு கட்டுப்பாடு மூலம் உயர்தர SiC படிக வளர்ச்சியை அடைதல்

அறிமுகம்

சிலிக்கான் கார்பைடு (SiC) என்பது ஒரு பரந்த-பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்தி பொருளாகும், இது உயர் மின்னழுத்தம் மற்றும் உயர் வெப்பநிலை பயன்பாடுகளில் அதன் விதிவிலக்கான செயல்திறன் காரணமாக சமீபத்திய ஆண்டுகளில் குறிப்பிடத்தக்க கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது. இயற்பியல் நீராவி போக்குவரத்து (PVT) முறைகளின் விரைவான முன்னேற்றம் SiC ஒற்றை படிகங்களின் தரத்தை மேம்படுத்தியது மட்டுமல்லாமல், 150mm SiC ஒற்றை படிகங்களின் புனைகதையையும் வெற்றிகரமாக அடைந்துள்ளது. இருப்பினும், தரம்SiC செதில்கள்இன்னும் கூடுதலான விரிவாக்கம் தேவைப்படுகிறது, குறிப்பாக குறைபாடு அடர்த்தியைக் குறைக்கும் வகையில். வளர்ந்த SiC படிகங்களுக்குள் பல்வேறு குறைபாடுகள் இருப்பது அனைவரும் அறிந்ததே, முதன்மையாக SiC படிக வளர்ச்சி செயல்பாட்டின் போது குறைபாடு உருவாக்கும் வழிமுறைகள் பற்றிய போதுமான புரிதல் இல்லை. SiC படிகங்களின் விட்டம் மற்றும் நீளத்தை அதிகரிக்க PVT வளர்ச்சி செயல்முறையில் மேலும் ஆழமான ஆராய்ச்சி அவசியம். உயர்தர SiC படிக வளர்ச்சியை அடைய, ஆரம்ப வளர்ச்சி கட்டத்தில் வெப்பநிலை சாய்வு கட்டுப்பாட்டில் கவனம் செலுத்தினோம். ஆரம்ப வளர்ச்சி கட்டத்தில் சிலிக்கான் நிறைந்த வாயுக்கள் (Si, Si2C) விதை படிக மேற்பரப்பை சேதப்படுத்தக்கூடும் என்பதால், ஆரம்ப கட்டத்தில் வெவ்வேறு வெப்பநிலை சாய்வுகளை நிறுவி, முக்கிய வளர்ச்சி செயல்பாட்டின் போது நிலையான C/Si விகித வெப்பநிலை நிலைமைகளை சரிசெய்தோம். மாற்றியமைக்கப்பட்ட செயல்முறை நிலைமைகளைப் பயன்படுத்தி வளர்க்கப்படும் SiC படிகங்களின் பல்வேறு பண்புகளை இந்த ஆய்வு முறையாக ஆராய்கிறது.

பரிசோதனை முறைகள்

6-இன்ச் 4H-SiC பவுல்களின் வளர்ச்சி PVT முறையைப் பயன்படுத்தி 4° ஆஃப்-ஆக்சிஸ் C-ஃபேஸ் அடி மூலக்கூறுகளில் செய்யப்பட்டது. ஆரம்ப வளர்ச்சி கட்டத்திற்கான மேம்படுத்தப்பட்ட செயல்முறை நிலைமைகள் முன்மொழியப்பட்டன. வளர்ச்சி வெப்பநிலை 2300-2400 ° C க்கு இடையில் அமைக்கப்பட்டது, மேலும் நைட்ரஜன் மற்றும் ஆர்கான் வாயு சூழலில் அழுத்தம் 5-20 டோரில் பராமரிக்கப்பட்டது. 6-இன்ச்4H-SiC செதில்கள்நிலையான குறைக்கடத்தி செயலாக்க நுட்பங்கள் மூலம் புனையப்பட்டது. திSiC செதில்கள்ஆரம்ப வளர்ச்சி கட்டத்தில் வெவ்வேறு வெப்பநிலை சாய்வு நிலைமைகளுக்கு ஏற்ப செயலாக்கப்பட்டது மற்றும் குறைபாடுகளை மதிப்பிடுவதற்கு 14 நிமிடங்களுக்கு 600 ° C இல் பொறிக்கப்பட்டது. மேற்பரப்பின் எட்ச் குழி அடர்த்தி (EPD) ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோப்பை (OM) பயன்படுத்தி அளவிடப்பட்டது. முழு அகலம் பாதி அதிகபட்ச (FWHM) மதிப்புகள் மற்றும் மேப்பிங் படங்கள்6 அங்குல SiC செதில்கள்உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட எக்ஸ்ரே டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் (XRD) அமைப்பைப் பயன்படுத்தி அளவிடப்பட்டது.

முடிவுகள் மற்றும் கலந்துரையாடல்

படம் 1: SiC கிரிஸ்டல் வளர்ச்சி பொறிமுறையின் திட்டம்

உயர்தர SiC ஒற்றை படிக வளர்ச்சியை அடைவதற்கு, உயர்-தூய்மை SiC தூள் மூலங்களைப் பயன்படுத்துவது, C/Si விகிதத்தைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்துவது மற்றும் நிலையான வளர்ச்சி வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தைப் பராமரிப்பது பொதுவாக அவசியம். கூடுதலாக, விதைப் படிக இழப்பைக் குறைப்பது மற்றும் ஆரம்ப வளர்ச்சிக் கட்டத்தில் விதைப் படிகத்தின் மீது மேற்பரப்பு குறைபாடுகள் உருவாவதை அடக்குவது ஆகியவை முக்கியமானவை. இந்த ஆய்வில் SiC படிக வளர்ச்சி பொறிமுறையின் திட்டத்தை படம் 1 விளக்குகிறது. படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, நீராவி வாயுக்கள் (ST) விதை படிக மேற்பரப்பில் கொண்டு செல்லப்படுகின்றன, அங்கு அவை பரவி படிகத்தை உருவாக்குகின்றன. வளர்ச்சியில் ஈடுபடாத சில வாயுக்கள் (ST) படிக மேற்பரப்பில் இருந்து வெளியேறும். விதை படிக மேற்பரப்பில் (SG) வாயுவின் அளவு desorbed gas (SD) ஐ விட அதிகமாக இருந்தால், வளர்ச்சி செயல்முறை தொடர்கிறது. எனவே, வளர்ச்சி செயல்பாட்டின் போது பொருத்தமான வாயு (SG) / எரிவாயு (SD) விகிதம் RF வெப்பமூட்டும் சுருளின் நிலையை மாற்றுவதன் மூலம் ஆய்வு செய்யப்பட்டது.

படம் 2: SiC கிரிஸ்டல் வளர்ச்சி செயல்முறை நிபந்தனைகளின் திட்டம்

இந்த ஆய்வில் SiC படிக வளர்ச்சி செயல்முறை நிலைமைகளின் திட்டத்தை படம் 2 காட்டுகிறது. வழக்கமான வளர்ச்சி செயல்முறை வெப்பநிலை 2300 முதல் 2400 ° C வரை இருக்கும், அழுத்தம் 5 முதல் 20 Torr வரை பராமரிக்கப்படுகிறது. வளர்ச்சியின் போது, ​​வெப்பநிலை சாய்வு dT=50~150°C ((a) வழக்கமான முறை) இல் பராமரிக்கப்படுகிறது. சில சமயங்களில், மூல வாயுக்களின் சீரற்ற விநியோகம் (Si2C, SiC2, Si) அடுக்கி வைப்பதில் பிழைகள், பாலிடைப் சேர்க்கைகள் மற்றும் படிக தரத்தை குறைக்கலாம். எனவே, ஆரம்ப வளர்ச்சி கட்டத்தில், RF சுருளின் நிலையை மாற்றுவதன் மூலம், dT கவனமாக 50~100°C க்குள் கட்டுப்படுத்தப்பட்டது, பின்னர் முக்கிய வளர்ச்சி செயல்பாட்டின் போது dT=50~150°C க்கு சரிசெய்யப்பட்டது ((b) மேம்படுத்தப்பட்ட முறை) . வெப்பநிலை சாய்வைக் கட்டுப்படுத்த (dT[°C] = Tbottom-Tupper), கீழ் வெப்பநிலை 2300°C ஆகவும், மேல் வெப்பநிலை 2270°C, 2250°C, 2200°C இலிருந்து 2150°C ஆகவும் சரி செய்யப்பட்டது. 10 மணிநேரத்திற்குப் பிறகு வெவ்வேறு வெப்பநிலை சாய்வு நிலைகளின் கீழ் வளர்க்கப்படும் SiC பவுல் மேற்பரப்பின் ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோப் (OM) படங்களை அட்டவணை 1 வழங்குகிறது.

அட்டவணை 1: ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோப் (OM) SiC பவுல் மேற்பரப்பின் படங்கள் 10 மணிநேரம் மற்றும் 100 மணிநேரங்களுக்கு வெவ்வேறு வெப்பநிலை சாய்வு நிலைகளின் கீழ் வளர்ந்தன

ஆரம்ப dT=50°C இல், 10 மணிநேர வளர்ச்சிக்குப் பிறகு SiC பவுல் மேற்பரப்பில் உள்ள குறைபாடு அடர்த்தி dT=30°C மற்றும் dT=150°Cக்குக் கீழுள்ளதை விட கணிசமாகக் குறைவாக இருந்தது. dT=30°C இல், ஆரம்ப வெப்பநிலை சாய்வு மிகவும் சிறியதாக இருக்கலாம், இதன் விளைவாக விதை படிக இழப்பு மற்றும் குறைபாடு உருவாகலாம். மாறாக, அதிக ஆரம்ப வெப்பநிலை சாய்வில் (dT=150°C), ஒரு நிலையற்ற சூப்பர்சாச்சுரேஷன் நிலை ஏற்படலாம், இது அதிக காலியிட செறிவுகள் காரணமாக பாலிடைப் சேர்க்கைகள் மற்றும் குறைபாடுகளுக்கு வழிவகுக்கும். இருப்பினும், ஆரம்ப வெப்பநிலை சாய்வு உகந்ததாக இருந்தால், ஆரம்ப குறைபாடுகளின் உருவாக்கத்தை குறைப்பதன் மூலம் உயர்தர படிக வளர்ச்சியை அடைய முடியும். 100 மணிநேர வளர்ச்சிக்குப் பிறகு SiC பவுல் மேற்பரப்பில் உள்ள குறைபாடு அடர்த்தி 10 மணிநேரத்திற்குப் பிறகு முடிவுகளைப் போலவே இருந்ததால், ஆரம்ப வளர்ச்சி கட்டத்தில் குறைபாடு உருவாவதைக் குறைப்பது உயர்தர SiC படிகங்களைப் பெறுவதற்கான முக்கியமான படியாகும்.

அட்டவணை 2: வெவ்வேறு வெப்பநிலை சாய்வு நிலைகளின் கீழ் பொறிக்கப்பட்ட SiC பவுல்களின் EPD மதிப்புகள்

செதில்கள்அட்டவணை 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, SiC படிகங்களின் குறைபாடு அடர்த்தியை ஆய்வு செய்வதற்காக 100 மணிநேரம் வளர்க்கப்பட்ட பவுல்களில் இருந்து தயாரிக்கப்பட்டது. ஆரம்ப dT=30°C மற்றும் dT=150°C ஆகியவற்றின் கீழ் வளர்ந்த SiC படிகங்களின் EPD மதிப்புகள் 35,880/cm² மற்றும் 25,660 ஆகும். முறையே /cm², அதேசமயம், உகந்த நிலைமைகளின் கீழ் (dT=50°C) வளர்ந்த SiC படிகங்களின் EPD மதிப்பு 8,560/cm² ஆக கணிசமாகக் குறைக்கப்பட்டது.

அட்டவணை 3: வெவ்வேறு ஆரம்ப வெப்பநிலை சாய்வு நிலைகளின் கீழ் SiC படிகங்களின் FWHM மதிப்புகள் மற்றும் XRD மேப்பிங் படங்கள்

வெவ்வேறு ஆரம்ப வெப்பநிலை சாய்வு நிலைகளின் கீழ் வளர்க்கப்படும் SiC படிகங்களின் FWHM மதிப்புகள் மற்றும் XRD மேப்பிங் படங்களை அட்டவணை 3 வழங்குகிறது. உகந்த நிலைமைகளின் கீழ் (dT=50°C) வளர்க்கப்படும் SiC படிகங்களின் சராசரி FWHM மதிப்பு 18.6 ஆர்க்செகண்ட்கள் ஆகும், இது மற்ற வெப்பநிலை சாய்வு நிலைகளின் கீழ் வளர்க்கப்படும் SiC படிகங்களை விட கணிசமாகக் குறைவு.

முடிவுரை

சுருள் நிலையை மாற்றுவதன் மூலம் வெப்பநிலை சாய்வை (dT[°C] = Tbottom-Tupper) கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் SiC படிக தரத்தில் ஆரம்ப வளர்ச்சி கட்ட வெப்பநிலை சாய்வின் விளைவு ஆய்வு செய்யப்பட்டது. ஆரம்ப dT = 50 ° C நிலைமைகளின் கீழ் 10 மணிநேர வளர்ச்சிக்குப் பிறகு SiC பவுல் மேற்பரப்பில் குறைபாடு அடர்த்தி dT = 30 ° C மற்றும் dT = 150 ° C ஐ விட கணிசமாகக் குறைவாக இருப்பதாக முடிவுகள் காட்டுகின்றன. உகந்த நிலைமைகளின் கீழ் (dT=50°C) வளர்க்கப்படும் SiC படிகங்களின் சராசரி FWHM மதிப்பு 18.6 ஆர்க்செகண்ட்கள் ஆகும், இது மற்ற நிலைமைகளின் கீழ் வளர்க்கப்படும் SiC படிகங்களை விட கணிசமாகக் குறைவு. ஆரம்ப வெப்பநிலை சாய்வை மேம்படுத்துவது ஆரம்ப குறைபாடுகளின் உருவாக்கத்தை திறம்பட குறைக்கிறது, இதன் மூலம் உயர்தர SiC படிக வளர்ச்சியை அடைகிறது.**