1. Pasiuna
Bisan pa sa mga dekada sa panukiduki, ang heteroepitaxial 3C-SiC nga gipatubo sa silicon substrates wala pa makab-ot ang igo nga kalidad sa kristal alang sa mga aplikasyon sa elektroniko sa industriya. Ang pagtubo kasagarang gihimo sa Si(100) o Si(111) substrates, nga ang matag usa nagpresentar og managlahing mga hagit: mga anti-phase domain para sa (100) ug cracking para sa (111). Samtang ang mga [111]-oriented films nagpakita og maayong mga kinaiya sama sa pagkunhod sa defect density, gipauswag nga surface morphology, ug mas ubos nga stress, ang alternatibong mga oryentasyon sama sa (110) ug (211) wala pa hingpit nga gitun-an. Ang kasamtangang datos nagsugyot nga ang labing maayo nga mga kondisyon sa pagtubo mahimong espesipiko sa oryentasyon, nga nagpakomplikado sa sistematikong imbestigasyon. Ilabi na, ang paggamit sa mas taas nga Miller-index Si substrates (pananglitan, (311), (510)) para sa 3C-SiC heteroepitaxy wala pa gyud gitaho, nga nagbilin og dakong luna alang sa eksplorasyon nga panukiduki sa mga mekanismo sa pagtubo nga nagsalig sa oryentasyon.
2. Eksperimental
Ang 3C-SiC layers gideposito pinaagi sa atmospheric-pressure chemical vapor deposition (CVD) gamit ang SiH4/C3H8/H2 precursor gases. Ang mga substrates kay 1 cm² Si wafers nga adunay lain-laing oryentasyon: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), ug (995). Ang tanang substrates naa sa axis gawas sa (100), diin ang 2° off-cut wafers gidugangan og pagsulay. Ang pre-growth cleaning naglakip sa ultrasonic degreasing sa methanol. Ang protocol sa pagtubo naglangkob sa pagtangtang sa lumad nga oksido pinaagi sa H2 annealing sa 1000°C, gisundan sa usa ka standard nga duha ka lakang nga proseso: carburization sulod sa 10 minutos sa 1165°C nga adunay 12 sccm C3H8, dayon epitaxy sulod sa 60 minutos sa 1350°C (C/Si ratio = 4) gamit ang 1.5 sccm SiH4 ug 2 sccm C3H8. Ang matag pagdagan sa pagtubo naglakip sa upat ngadto sa lima ka lain-laing oryentasyon sa Si, nga adunay labing menos usa (100) ka reference wafer.
3. Mga Resulta ug Panaghisgot
Ang morpolohiya sa 3C-SiC nga mga lut-od nga gipatubo sa lain-laing mga substrate sa Si (Fig. 1) nagpakita og lahi nga mga bahin sa nawong ug kagaspang. Sa panan-aw, ang mga sample nga gipatubo sa Si(100), (211), (311), (553), ug (995) morag salamin, samtang ang uban gikan sa gatas ((331), (510)) ngadto sa dull ((110), (111)). Ang labing hamis nga mga nawong (nga nagpakita sa pinakamaayong microstructure) nakuha sa (100)2° off ug (995) nga mga substrate. Talagsaon, ang tanang mga lut-od nagpabilin nga walay liki human sa pagpabugnaw, lakip ang kasagarang stress-prone nga 3C-SiC(111). Ang limitado nga gidak-on sa sample mahimong nakapugong sa pagliki, bisan pa ang pipila ka mga sample nagpakita og pagduko (30-60 μm deflection gikan sa sentro ngadto sa ngilit) nga makita ubos sa optical microscopy sa 1000× magnification tungod sa natipon nga thermal stress. Ang mga lut-od nga taas og kurbada nga gipatubo sa mga substrate nga Si(111), (211), ug (553) nagpakita og mga porma nga concave nga nagpakita sa tensile strain, nga nanginahanglan og dugang nga eksperimental ug teoretikal nga trabaho aron makig-uban sa crystallographic orientation.
Ang Figure 1 nagsumaryo sa mga resulta sa XRD ug AFM (scanning sa 20×20 μ m2) sa 3C-SC layers nga gipatubo sa Si substrates nga adunay lain-laing oryentasyon.
Ang mga imahe sa atomic force microscopy (AFM) (Fig. 2) nagpamatuod sa mga obserbasyon sa mata. Ang mga kantidad sa root-mean-square (RMS) nagpamatuod sa labing hamis nga mga nawong sa (100)2° off ug (995) nga mga substrate, nga adunay mga istruktura nga sama sa lugas nga adunay 400-800 nm lateral dimensions. Ang (110)-grown layer mao ang labing bagis, samtang ang elongated ug/o parallel nga mga bahin nga adunay panagsa nga mahait nga mga utlanan nagpakita sa ubang mga oryentasyon ((331), (510)). Ang X-ray diffraction (XRD) θ-2θ scans (gisumada sa Table 1) nagpadayag sa malampuson nga heteroepitaxy alang sa mga substrate nga mas ubos ang Miller-index, gawas sa Si(110) nga nagpakita sa sinagol nga 3C-SiC(111) ug (110) nga mga peak nga nagpakita sa polycrystallinity. Kini nga pagsagol sa oryentasyon gitaho kaniadto alang sa Si(110), bisan kung ang pipila ka mga pagtuon nakamatikod sa eksklusibo nga (111)-oriented nga 3C-SiC, nga nagsugyot nga ang pag-optimize sa kondisyon sa pagtubo hinungdanon. Para sa mga Miller indices nga ≥5 ((510), (553), (995)), walay nakitang XRD peaks sa standard θ-2θ configuration kay kini nga mga high-index plane dili diffracting niini nga geometry. Ang kawalay low-index 3C-SiC peaks (pananglitan, (111), (200)) nagsugyot og single-crystalline growth, nga nagkinahanglan og sample tilting aron makita ang diffraction gikan sa low-index planes.
Ang Figure 2 nagpakita sa kalkulasyon sa plane angle sulod sa istruktura sa kristal nga CFC.
Ang gikalkulo nga mga anggulo sa kristal tali sa mga high-index ug low-index nga mga eroplano (Talaan 2) nagpakita og dagkong mga sayop nga oryentasyon (>10°), nga nagpatin-aw sa ilang pagkawala sa standard nga mga scan sa θ-2θ. Busa, gihimo ang pag-analisa sa pole figure sa (995)-oriented nga sample tungod sa dili kasagaran nga granular morphology niini (posibleng gikan sa columnar growth o twinning) ug ubos nga roughness. Ang (111) nga mga pole figure (Fig. 3) gikan sa Si substrate ug 3C-SiC layer halos parehas, nga nagpamatuod sa epitaxial growth nga walay twinning. Ang sentral nga lugar nagpakita sa χ≈15°, nga nahiuyon sa teoretikal nga (111)-(995) nga anggulo. Tulo ka symmetry-equivalent nga mga lugar ang nagpakita sa gilauman nga mga posisyon (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° ug 33.6°), bisan kung ang usa ka wala matagna nga kahuyang nga lugar sa χ=62°/φ=93.3° nanginahanglan dugang nga imbestigasyon. Ang kalidad sa kristal, nga gisusi pinaagi sa gilapdon sa lugar sa φ-scans, daw maayo, bisan kung ang mga pagsukod sa rocking curve gikinahanglan alang sa quantification. Ang mga pole figure alang sa (510) ug (553) nga mga sample kinahanglan pa nga makompleto aron makumpirma ang ilang gituohan nga epitaxial nga kinaiya.
Ang Figure 3 nagpakita sa XRD peak diagram nga narekord sa (995) oriented sample, nga nagpakita sa (111) nga mga plane sa Si substrate (a) ug sa 3C-SiC layer (b).
4. Konklusyon
Ang pagtubo sa Heteroepitaxial 3C-SiC nagmalampuson sa kadaghanan sa mga oryentasyon sa Si gawas sa (110), nga nagpatunghag polycrystalline nga materyal. Ang Si(100)2° off ug (995) substrates nagpatungha sa labing hamis nga mga lut-od (RMS <1 nm), samtang ang (111), (211), ug (553) nagpakita og dakong bowing (30-60 μm). Ang mga high-index substrates nanginahanglan og abante nga XRD characterization (pananglitan, pole figures) aron makumpirma ang epitaxy tungod sa wala nga θ-2θ peaks. Ang nagpadayon nga trabaho naglakip sa mga pagsukod sa rocking curve, Raman stress analysis, ug pagpalapad sa dugang nga high-index orientations aron makompleto kini nga exploratory study.
Isip usa ka vertically integrated nga tiggama, ang XKH naghatag og propesyonal nga customized nga serbisyo sa pagproseso nga adunay komprehensibo nga portfolio sa silicon carbide substrates, nga nagtanyag og standard ug specialized nga mga tipo lakip ang 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, ug 3C-SiC, nga anaa sa mga diametro gikan sa 2-pulgada hangtod 12-pulgada. Ang among end-to-end nga kahanas sa pagtubo sa kristal, precision machining, ug quality assurance nagsiguro sa gipahaom nga mga solusyon para sa power electronics, RF, ug mga bag-ong aplikasyon.
Oras sa pag-post: Ago-08-2025