3C SiC-ren garapenaren historia

-ren forma garrantzitsu gisasilizio karburoa, garapenaren historia3C-SiCMaterial erdieroaleen zientziaren etengabeko aurrerapena islatzen du. 1980ko hamarkadan, Nishino et al. lehen aldiz, 4um 3C-SiC film meheak lortu zituen silizioko substratuetan lurrun-deposizio kimikoaren bidez (CVD) [1], eta horrek 3C-SiC film meheen teknologiaren oinarria ezarri zuen.

1990eko hamarkada SICen Urrezko Aroa izan zen. Cree Research Inc.-ek 6h-sic eta 4h-sic frijitu zituen 1991n eta 1994an hurrenez hurren, merkaturatzea sustatuzSiC gailu erdieroaleak. Epe horretan aurrerapen teknologikoak 3C-SIC ondorengo ikerketarako eta aplikaziorako oinarria ezarri zuen.

XXI. Mendearen hasieran,Etxeko silizioan oinarritutako SIC Film meheakhein batean garatu ere. Ye Zhizhen et al. silizioan oinarritutako SiC film meheak prestatu zituen CVD bidez tenperatura baxuko baldintzetan 2002an [2]. 2001ean, An Xia et al. silizioan oinarritutako SiC film meheak prestatu zituen magnetroi bidezko sputtering giro-tenperaturan [3].

Hala ere, Si-ren sare-konstantearen eta SiC-ren (% 20 inguru) arteko alde handia dela eta, 3C-SiC geruza epitaxialaren akatsen dentsitatea nahiko altua da, batez ere DPB bezalako akats bikia. Sare-desegokia murrizteko, ikertzaileek 6H-SiC, 15R-SiC edo 4H-SiC erabiltzen dute (0001) gainazalean substratu gisa 3C-SiC geruza epitaxiala hazteko eta akatsen dentsitatea murrizteko. Esaterako, 2012an, Seki, Kazuaki et al. Epitaxia kontrol polimorfikoko teknologia dinamikoa proposatu zuen, 3C-SiC eta 6H-SiC-ren 6H-SiC (0001) gainazaleko haziaren hazkuntza polimorfiko selektiboaz jabetzen dena gainsaturazioa kontrolatuz [4-5]. 2023an, Xun Li bezalako ikertzaileek CVD metodoa erabili zuten hazkundea eta prozesua optimizatzeko, eta arrakastaz lortu zuten 3C-SiC leuna.geruza epitaxiala4H-SIC substratu baten gainazalean DPBko akatsik gabe, 14um / h-ko hazkunde-tasan [6].

3C SiC-ren kristal-egitura eta aplikazio-eremuak

SICD polipoi askoren artean, 3c-sic polipiko kubiko bakarra da, β-sic izenarekin ere ezaguna. Kristal egitura honetan, si eta c atomoak banan-banan dauden erlazioan existitzen dira sarean, eta atomo bakoitza lau atomo heterogeneo inguratuta dago, lotura kobalente sendoak dituen egiturazko unitate tetraedrala osatzen dute. 3C-SICren egiturazko ezaugarria SI-C geruza diatomikoak ABC-ABC-ren ordenan behin eta berriz antolatuta daudela da ... eta unitate bakoitzak horrelako hiru geruza diatomiko ditu, C3 irudikapena deitzen dena; 3C-SICren kristal egitura beheko irudian agertzen da:

1. irudia. 3C-SIC-ren kristal egitura

Gaur egun, silizioa (Si) da energia-gailuetarako gehien erabiltzen den material erdieroalea. Hala ere, Si-ren errendimendua dela eta, silizioan oinarritutako potentzia-gailuak mugatuak dira. 4H-SiC eta 6H-SiC-ekin alderatuta, 3C-SiC-k giro-tenperaturan elektroien mugikortasun teoriko handiena du (1000 cm·V-1·S-1), eta abantaila gehiago ditu MOS gailuen aplikazioetan. Aldi berean, 3C-SiC-k propietate bikainak ditu, hala nola matxura-tentsio handia, eroankortasun termiko ona, gogortasun handia, banda zabala, tenperatura altuko erresistentzia eta erradiazio-erresistentzia. Horregatik, potentzial handia du elektronikan, optoelektronikan, sentsoreetan eta aplikazioetan muturreko baldintzetan, erlazionatutako teknologien garapena eta berrikuntza sustatuz, eta aplikazio potentzial zabala erakutsiz alor askotan:

Lehena: batez ere tentsio altuko, maiztasun handiko eta tenperatura altuko inguruneetan, matxura-tentsio altuak eta 3C-SiC-ren elektroien mugikortasun handiak aukera ezin hobea da MOSFET bezalako potentzia-gailuak fabrikatzeko [7]. Bigarrena: 3C-SiC nanoelektronikan eta sistema mikroelekromekanikoetan (MEMS) aplikatzeak silizioaren teknologiarekin duen bateragarritasunari etekina ateratzen dio, nanoelektronika eta nanoelektromekaniko gailuak bezalako egitura nanoeskala fabrikatzeko [8]. Hirugarrena: banda zabaleko material erdieroale gisa, 3C-SiC egokia da fabrikatzekoArgi igortzen duten diodoak(LEDak). Argiztapenean, pantaila-teknologian eta laserretan duen aplikazioak arreta erakarri du, bere argi-eraginkortasun handiagatik eta dopatze errazagatik [9]. Laugarrena: Aldi berean, 3C-SiC posizioarekiko sentikorrak diren detektagailuak fabrikatzeko erabiltzen da, batez ere laser puntuko posizioarekiko sentikorrak diren detektagailuak alboko efektu fotovoltaikoan oinarrituta, sentsibilitate handia erakusten dutenak zero alborapen baldintzetan eta kokapen zehatzerako egokiak direnak [10] .

3. 3C SiC heteroepitaxia prestatzeko metodoa

3C-SiC heteroepitaxiaren hazkuntza-metodo nagusiak honako hauek diralurrun-deposizio kimikoa (CVD), sublimazio epitaxia (SE), fase likidoaren epitaxia (LPE), izpi molekularra epitaxia (MBE), magnetron sputtering, etab. CVD 3C-SiC epitaxirako metodo hobetsia da bere kontrolagarritasunagatik eta moldagarritasunagatik (adibidez, tenperatura, gas-fluxua, ganberaren presioa eta erreakzio-denbora, eta horrek kalitatea optimiza dezake. geruza epitaxiala).

Lurrun-deposizio kimikoa (CVD): Si eta C elementuak dituen gas konposatu bat erreakzio-ganberara pasatzen da, berotu eta tenperatura altuan deskonposatzen da, eta gero Si atomoak eta C atomoak Si substratuan hauspeatzen dira, edo 6H-SiC, 15R-. SiC, 4H-SiC substratua [11]. Erreakzio honen tenperatura 1300-1500 ℃ artekoa izan ohi da. Si-iturri arruntak SiH4, TCS, MTS, etab. dira, eta C iturriak batez ere C2H4, C3H8, etab., H2 gas eramaile gisa. Hazkuntza-prozesuak urrats hauek hartzen ditu batez ere: 1. Gas-faseko erreakzio iturria gas-fluxu nagusiko deposizio-gunera garraiatzen da. 2. Gas-fasearen erreakzioa muga-geruzan gertatzen da film meheko aitzindariak eta azpiproduktuak sortzeko. 3. Aitzindariaren prezipitazio-, adsortzio- eta pitzadura-prozesua. 4. Adsorbatutako atomoak migratu eta berreraikitzen dira substratuaren gainazalean. 5. Adsorbatutako atomoak nukleatu eta hazten dira substratuaren gainazalean. 6. Hondakin-gasaren masa-garraioa erreakzioaren ondoren gas-fluxu gune nagusira eta erreakzio-ganberatik ateratzen da. 2. irudia CVD-ren diagrama eskematiko bat da [12].

2. irudia CVDren diagrama eskematikoa

Sublimazio epitaxia (SE) metodoa: 3. irudia 3C-SiC prestatzeko SE metodoaren egitura esperimentalaren diagrama da. Urrats nagusiak tenperatura altuko eremuan SiC iturriaren deskonposizioa eta sublimazioa, sublimatuen garraioa eta sublimatuen erreakzioa eta kristalizazioa substratuaren gainazalean tenperatura baxuagoan dira. Xehetasunak hauek dira: 6H-SiC edo 4H-SiC substratua arragoaren goiko aldean jartzen da, etapurutasun handiko SiC hautsaSiC lehengai gisa erabiltzen da eta behealdean jartzen dagrafitozko arragoa. Gurutzea 1900-2100 º-ra berotzen da irrati-maiztasunaren indukzioaren arabera, eta substratuaren tenperatura SIC iturria baino txikiagoa da, gurutzearen barruan tenperatura axiala gradientea osatuz, SIC material sublimulatua substratuan kondentsatu eta kristalizatu ahal izateko 3C-SIC heteroepitaxial eratzeko.

Sublimazio epitaxiaren abantailak bi alderditan daude batez ere: 1. Epitaxiaren tenperatura altua da, eta horrek kristalen akatsak murrizten ditu; 2. Maila atomikoan grabatutako gainazal bat lortzeko grabatu daiteke. Hala ere, hazkuntza-prozesuan zehar, erreakzio-iturria ezin da egokitu, eta silizio-karbono-erlazioa, denbora, hainbat erreakzio-sekuentzia eta abar ezin dira aldatu, eta ondorioz, hazkunde-prozesuaren kontrolagarritasuna gutxitu da.

3. irudia 3C-sic epitaxia hazteko metodoaren diagrama eskematikoa

Habe molekularraren epitaxia (MBE) film meheen hazkunde teknologia aurreratua da, hau da, 3C-SIC geruza epitaxial hazteko egokia da 4h-sic edo 6h-sic substratuetan. Metodo honen oinarrizko printzipioa honakoa da: iturri-gasaren kontrol zehatzaren bidez, iturriaren gasaren kontrol zehatzaren bidez, gero eta handiagoa den geruza epitaxialaren elementuak berotzen dira norabide-izpia edo habe molekularra eta gertakari molekularra eta gertakari molekularra eratzeko. hazkunde epitaxiala. 3c-sic hazteko baldintza arruntakGeruza epitaxialak4h-sic edo 6h-sic substratu hauek dira: silizio aberatsak diren baldintzetan, grafenoen eta karbono iturri pean hunkituta daude substantzia gaseosoetan elektroi pistola batekin, eta 1200-1350 ℃ erreakzio tenperatura gisa erabiltzen da. 3C-SIC heteroepitaxial hazkunde-tasa 0,01-0,1 NMS-1 [13] hazkunde-tasan lor daiteke.

Ondorioa eta Prospektiba

Etengabeko aurrerapen teknologikoaren eta mekanismoen ikerketa sakonaren bidez, 3C-SiC heteroepitaxial teknologiak erdieroaleen industrian rol garrantzitsuagoa izatea espero da eta eraginkortasun handiko gailu elektronikoen garapena sustatzea. Esaterako, hazkuntza-teknika eta estrategia berriak aztertzen jarraitzea, hala nola, HCl atmosfera sartzea hazkuntza-tasa handitzeko, akatsen dentsitate txikia mantenduz, etorkizuneko ikerketen norabidea da; akatsak eratzeko mekanismoari buruzko ikerketa sakona, eta karakterizazio teknika aurreratuagoak garatzea, hala nola fotolumineszentzia eta katodoluminiszentzia analisia, akatsen kontrol zehatzagoa lortzeko eta materialaren propietateak optimizatzeko; 3C-SiC kalitate handiko film lodiaren hazkunde azkarra da tentsio handiko gailuen beharrak asetzeko gakoa, eta ikerketa gehiago behar dira hazkunde-tasa eta materialaren uniformetasunaren arteko oreka gainditzeko; SiC/GaN bezalako egitura heterogeneoetan 3C-SiC aplikazioarekin konbinatuta, bere aplikazio potentzialak arakatu gailu berrietan, hala nola potentzia-elektronika, integrazio optoelektronikoa eta informazio kuantikoa prozesatzea.

Erreferentziak:

[1] Nishino s, Hazuki y, Matsunami H, et al. Silicon substratuan silicon substratuaren lurrunezko lurzoru kimikoen departamendu kimikoa SIC SICTER SIC bitarteko geruzarekin [J]. Elektrokimikoko gizartearen, 1980, 127 (12): 2674-2680.

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun, eta silizioan oinarritutako siliziozko karburozko film meheen tenperatura baxuko hazkuntzari buruzko ikerketa [J Journal of Vacuum Science and Technology, 2002, 022(001): 58-60]. .

[3] Andia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, zain. (111) SI Substratu Nano-Sic filma sputtering metodo magnetikoan [j] prestatzeko.

[4] Seki K, Alexander, Kozawa S, et al. SICen hazkunde poliptiboa, soluzioaren hazkuntzaren gaineko kontrolaren bidez [J]. Kristalaren hazkunde aldizkaria, 2012, 360: 176-180.

[5] Chen Yao, Zhao Fuqiang, Zhu Bingxian, Shuai. Silicon karburoen garapenaren garapenaren laburpena etxean eta atzerrian [J]. Ibilgailuen eta potentzia teknologia, 2020: 49-54.

[6] Li X , Wang G .CVD 3C-SiC layers on 4H-SiC substratu on morfologia hobetua [J].Solid State Communications, 2023:371.

[7] Hou Kaiwen Si modelatutako substratuari buruzko ikerketa eta 3C-SiC hazkundean [D Xi'an University of Technology, 2018].

[8]Lars, Hiller, Thomas, et al. Hydrogen Effects in ECR-Etching of 3C-SiC(100) Mesa Structures[J].Materials Science Forum, 2014.

[9] XU Qingfang. Laser gasaren gordailu kimikoen metodora prestatzea-3C-SIC filma [D]. Wuhan Teknologia Unibertsitatea, 2016.

[10] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K ,et al.3C-SiC/Si Heterostructure: Position-Sensitive Detector for Photovoltaic Effect [J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2019: 40980-40987.

[11] Xin bin. 3C / 4H-SIC luzapen heterogeneoa CVD teknologian oinarrituta: gabeziaren irudikapena eta bilakaera [d]. Xi'an Zientzia Elektronikoko eta Teknologiako Unibertsitatea.

[12] Dong Lin eremu handiko obleen hazkuntza epitaxialaren teknologia eta silizio-karburoaren ezaugarri fisikoak [D] Txinako Zientzien Akademia, 2014.

[13] Diani M, Simon L, Kubler l, et al. 3C-SIC polifteperaren kristal hazkundea 6h-sic (0001) substratu [j]. Journal of Crystal Hazten, 2002, 235 (1): 95-102.