3C SIC дамыту тарихы

Маңызды нысаны ретіндекремний карбиді, даму тарихы3C-siCЖартылай өткізгіш материалтанудың үздіксіз дамуын көрсетеді. 1980 жылдары Нишино және басқалар. Алдымен кремний субстраттарындағы 3C-SIC жұқа қабықшаларында кремний субстраттарында (CVD) (CVD), 3C-SIC жұқа пленкалық технологияның негізін қалады.

1990 жылдар SiC зерттеулерінің алтын ғасыры болды. Cree Research Inc. сәйкесінше 1991 және 1994 жылдары 6H-SiC және 4H-SiC чиптерін іске қосты, бұл олардың коммерциялануына ықпал етті.SIC жартылай өткізгіш құрылғылары. Технологиялық прогресс Осы кезеңдегі 3С -ЗИК зерттеулеріне және қолдануға негіз қаланды.

ХХІ ғасырдың басында,Отандық кремний негізіндегі Sic жұқа қабықшаларда белгілі бір дәрежеде дамыды. Е Жижэнь және т.б. 2002 жылы төмен температура жағдайында CVD әдісімен кремний негізіндегі SiC жұқа пленкаларын дайындады [2]. 2001 жылы Ань Ся және т.б. бөлме температурасында магнетронды шашырату арқылы кремний негізіндегі SiC жұқа пленкаларын дайындады [3].

Алайда, SI және SI-дің тұрақты айырмашылығына байланысты (шамамен 20%), 3C-SIC эпитаксилі қабатының ақаулық тығыздығы салыстырмалы түрде жоғары, әсіресе DPB сияқты егіз ақаулық. Тордың сәйкес келмеуін азайту үшін, зерттеушілер (0001) бетіне (0001) 4-ші дәрежеде (0001) бетіне (0001) 4C SICS эпитаксилі қабатын өсіреді және ақаулардың тығыздығын азайтады. Мысалы, 2012 жылы Секи, Казуаки және басқалар. Динамикалық полиморфты эпитактикалық технологияны ұсынды, бұл судың (0001) 6h-дің полиморфты және 6h-SIC-тің 6 сағаттық (0001) селективті өсуін суперстурациялау арқылы [4-5]. 2023 жылы Xun Li сияқты зерттеушілер өсім мен процесті оңтайландыру үшін CVD әдісін қолданды және 3C-SIC сәтті алындыЭпитаксиальды қабат4 сағаттық SIC субстратындағы DPB ақаулары жоқ, 14UM / сағ өсу қарқынымен.

Кристалл құрылымы және 3С SiC қолдану өрістері

Көптеген SiCD политиптерінің ішінде 3C-SiC жалғыз текше политипі болып табылады, ол β-SiC ретінде де белгілі. Бұл кристалдық құрылымда Si және C атомдары торда бір-біріне қатынасында болады және әрбір атом күшті коваленттік байланыстары бар тетраэдрлік құрылымдық бірлік құрайтын төрт гетерогенді атомдармен қоршалған. 3C-SiC құрылымдық ерекшелігі Si-C екі атомды қабаттары ABC-ABC-… ретімен қайта-қайта орналасады және әрбір бірлік ұяшықта осындай үш екі атомды қабат бар, ол C3 көрінісі деп аталады; 3C-SiC кристалдық құрылымы төмендегі суретте көрсетілген:

1-сурет 3C-SiC кристалдық құрылымы

Қазіргі уақытта кремний (Si) қуатты құрылғылар үшін ең көп қолданылатын жартылай өткізгіш материал болып табылады. Дегенмен, Si өнімділігіне байланысты кремний негізіндегі қуат құрылғылары шектеулі. 4H-SiC және 6H-SiC-пен салыстырғанда, 3C-SiC бөлме температурасындағы ең жоғары теориялық электрондардың қозғалғыштығына (1000 см·V-1·S-1) ие және MOS құрылғысының қолданбаларында көбірек артықшылықтарға ие. Сонымен қатар, 3C-SiC жоғары бұзылу кернеуі, жақсы жылу өткізгіштік, жоғары қаттылық, кең диапазон, жоғары температураға төзімділік және радиацияға төзімділік сияқты тамаша қасиеттерге ие. Сондықтан оның электроникада, оптоэлектроникада, сенсорларда және экстремалды жағдайларда қосымшаларда үлкен әлеуеті бар, байланысты технологиялардың дамуы мен инновациясына ықпал етеді және көптеген салаларда кең қолдану әлеуетін көрсетеді:

Біріншіден: әсіресе жоғары вольтты, жоғары жиілікті және жоғары температуралы орталарда 3C-SiC жоғары бұзылу кернеуі және жоғары электрондардың қозғалғыштығы оны MOSFET сияқты қуатты құрылғыларды өндіру үшін тамаша таңдау жасайды [7]. Екіншіден: 3C-SiC-ті наноэлектроника мен микроэлектромеханикалық жүйелерде (MEMS) қолдану оның кремний технологиясымен үйлесімділігінен пайда көреді, бұл наноэлектроника және наноэлектромеханикалық құрылғылар сияқты наноөлшемді құрылымдарды жасауға мүмкіндік береді [8]. Үшінші: Кең жолақты жартылай өткізгіш материал ретінде 3C-SiC өндіруге жарамды.көк жарық диодтары(жарық диодтар). Оның жарықтандыруда, дисплей технологияларында және лазерлерде қолданылуы оның жоғары жарық тиімділігі мен жеңіл допингке байланысты назар аударды [9]. Төртіншіден: Сонымен бірге 3C-SiC позицияға сезімтал детекторларды, әсіресе бүйірлік фотоэлектрлік әсерге негізделген, нөлдік ауытқу жағдайында жоғары сезімталдықты көрсететін және дәл позициялау үшін жарамды лазерлік нүктелік позицияға сезімтал детекторларды өндіру үшін қолданылады [10] .

3. 3С СИК гетероепитаксиді дайындау әдісі

3C-siC гетероэпитаксиясының негізгі өсу әдістеріне жатадыХимиялық будың тұнбасы (CVD), Сублимация эпитакси (SE), Сұйық фазалық эпитакси (LPE), молекулалық сәуле эпитаксиі (MBE), магнетронды шашыратқыш және т.б. Т.ғ.к. эпитаксиалды қабат).

Химиялық будың тұндыруы (CVD): SI және C элементтері бар қосалқы газ реакция камерасына жіберіледі, ол жоғары температурада қызады және ыдырайды, содан кейін SI атомдары мен C атомдары, немесе 6H-SIC, 15 SIC, 4H-SIC субстраты [11]. Бұл реакцияның температурасы әдетте 1300-1500 ℃ аралығында болады. Әдеттегі SI көздеріне SIH4, TCS, MTS, MTS және т.б., және c дереккөздер, негізінен C2H4, C3H8 және т.б., H2-мен бірге H2-мен бірге тасымалдаушы газ. Өсу процесі негізінен келесі қадамдарды қамтиды: 1. Газ фазасы реакциясы көзі магистральдық газ ағынындағы тұндыру аймағына тасымалданады. 2. Жіңішке пленкалық прекурсорлар мен жан-жақты өндіру үшін шекаралық қабатта газ фазалық реакциясы пайда болады. 3. Жауынгерліктің жауын-шашын, адсорбциясы және крекинг процесі. 4. Adsorbed атомдары субстрат бетіне қоныс аударады және қайта құрылады. 5. Adsorbed атомдар нуклеці және субстрат бетіне өседі. 6. Қалдық газды негізгі газ шығын аймағына реакциядан кейін жаппай тасымалдау және реакция камерасынан алынады. 2-сурет - CVD-дің схемалық диаграммасы [12].

Сурет 2 CVD схемалық диаграммасы

Сублимациялық эпитаксия (СЭ) әдісі: 3-сурет 3C-SiC дайындауға арналған SE әдісінің тәжірибелік құрылым диаграммасы. Негізгі қадамдар жоғары температура аймағында SiC көзінің ыдырауы және сублимациясы, сублиматтардың тасымалдануы және субстрат бетіндегі сублиматтардың төменгі температурада реакциясы мен кристалдануы болып табылады. Мәліметтер келесідей: 6H-SiC немесе 4H-SiC субстрат тигельдің жоғарғы жағына орналастырылады жәнеЖоғары тазалық сикSIC шикізаты ретінде пайдаланылады және төменгі жағында орналасқанГрафитті графит. Айқышта 1900-2100 ₸ радиожиілікпен жылытылады, ал субстрат температурасы SIC температурасы SIC көзінен төмен, ал сублимацияланған SIC материалы субстратқа жиналып, кристалданады 3C-SIC гетероепитаксиалды қалыптастыру.

Сублимацияның артықшылықтары Epitaxy-дің артықшылығы негізінен екі аспектіске жатады: 1. Эпитакси температурасы жоғары, бұл кристалды ақауларды азайтады; 2. Бұл атом деңгейінде бетті алу үшін майыстыруы мүмкін. Алайда, өсу процесінде реакция көзі түзетілмейді, ал кремний-көміртек қатынасы, уақыт, түрлі реакция тізбегі және т.б. өзгерту мүмкін емес, нәтижесінде өсу процесінің бақылауы басталады.

3-сурет 3C-SiC эпитаксисін өсіруге арналған SE әдісінің схемалық диаграммасы

Молекулалық сәуле эпитаксиі (MBE) - бұл 3С-SIC эпитаксилі қабаттарын 4-ші немесе 6 сағаттық SIC субстраттарында өсіруге жарамды дамыған жұқа қабықтың өсуі технологиясы. Бұл әдістің негізгі қағидасы: ультра жоғары вакуумдық ортада, көзді газды дәл бақылау арқылы, өсіп келе жатқан эпитакси қабатының элементтері атомдық сәуле немесе молекулалық сәуленің және жылытылатын субстрат бетіне апатты қалыптастыру үшін қызады Эпитаксиалды өсім. 3C-SIC өсіруге арналған ортақ жағдайэпитаксиалды қабаттар4H-SiC немесе 6H-SiC субстраттарында: кремнийге бай жағдайларда графен және таза көміртек көздері электронды пистолетпен газ тәрізді заттарға қозғалады және реакция температурасы ретінде 1200-1350℃ қолданылады. 3C-SiC гетероэпитаксиалды өсуін 0,01-0,1 нмс-1 өсу жылдамдығында алуға болады [13].

Қорытынды және болашақ

Үздіксіз технологиялық прогресс пен механизмді терең зерттеу арқылы 3C-SiC гетероэпитаксиалды технологиясы жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде маңызды рөл атқарады және жоғары тиімді электронды құрылғылардың дамуына ықпал етеді деп күтілуде. Мысалы, ақаулардың төмен тығыздығын сақтай отырып, өсу қарқынын арттыру үшін HCl атмосферасын енгізу сияқты өсудің жаңа әдістері мен стратегияларын зерттеуді жалғастыру болашақ зерттеулердің бағыты болып табылады; ақаулардың пайда болу механизмін тереңдетіп зерттеу және ақауларды дәлірек бақылауға және материалдың қасиеттерін оңтайландыруға қол жеткізу үшін фотолюминесценция және катодолюминесценция талдауы сияқты неғұрлым жетілдірілген сипаттама әдістерін әзірлеу; жоғары сапалы қалың пленка 3C-SiC жылдам өсуі жоғары вольтты құрылғылардың қажеттіліктерін қанағаттандырудың кілті болып табылады және өсу қарқыны мен материалдың біркелкілігі арасындағы тепе-теңдікті жеңу үшін қосымша зерттеулер қажет; SiC/GaN сияқты гетерогенді құрылымдарда 3C-SiC қолдануымен бірге оның қуат электроникасы, оптоэлектрондық интеграция және кванттық ақпаратты өңдеу сияқты жаңа құрылғылардағы әлеуетті қолданбаларын зерттеңіз.

Анықтамалар:

[1] Нишино с, Хазуки y, Матсунами Н және басқалар. SpeRy Sice аралық қабаттағы кремний субстратындағы кремсон субстратының бір кристалды субстратының химиялық бумен тұндыруы [J].

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun, және т.б. кремний негізіндегі кремний карбиді жұқа пленкалардың төмен температуралық өсуіне арналған зерттеулер [J] Vacuum Science and Technology, 2002, 022(001):58-60. .

[3] ANSIZA, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, күту. (111) SI субстраты.

[4] Секи К, Александр, Козава С, т.б. Ерітіндінің өсуінде аса қанығуды бақылау арқылы SiC политипті-селективті өсуі[J]. Crystal Growth журналы, 2012, 360:176-180.

[5] Чен Яо, Чжао Фуцян, Чжу Бингсиан, Хе Шуай үйде және шетелде кремнийлі карбидті қуат құрылғыларының дамуына шолу [Дж], 2020: 49-54.

[6] Li X, Wang G. Морфологиясы жақсартылған 4H-SiC субстраттарында 3C-SiC қабаттарының CVD өсуі [J].Solid State Communications, 2023:371.

[7] Hou Kaiwen. Si үлгісіндегі субстрат және оны 3C-SiC өсімінде қолдану [D], Сиань технологиялық университеті, 2018.

[8] Ларс, Хиллер, Томас және басқалар. 3C-SIC (100) MESA құрылымын ECR-DECTERS-ке дейін сутегі эффектілері [J] .Материалдарғы ғылыми форум, 2014 ж.

[9] xu qingfang. Лазерлік химиялық газды тұндыру әдісін дайындау-3C-SIC фильмі [D]. Вухан технологиялық университеті, 2016 ж.

[10] A R M, NGEYEN T, Dinh T K, an.3C-sic / si гетероқұрылымы: Photovoltaic Effect негізіндегі позиция-сезімтал детекторларға арналған тамаша алаң [J] .acs Қолданбалы материалдар мен интерфейстер, 2019: 40980-40987.

[11] Xin Bin 3C/4H-SiC CVD процесіне негізделген гетероэпитаксиалды өсу: ақауларды сипаттау және Сиань электронды ғылым және технология университеті.

Dong Lin.

[13] Диана М, Саймон Л, Кбблдер L, де-де. 6 сағат SIC (0001) субстратындағы 3C-SIC политыпінің кристалды өсуі [J]. Crystal өсуі журналы, 2002, 235 (1): 95-102.