1. Pasiuna
Bisan pa sa mga dekada sa panukiduki, ang heteroepitaxial 3C-SiC nga gipatubo sa mga substrate sa silikon wala pa nakakab-ot sa igo nga kalidad sa kristal alang sa industriyal nga elektronik nga mga aplikasyon. Ang pagtubo sagad nga gihimo sa Si (100) o Si (111) nga mga substrate, ang matag usa adunay lahi nga mga hagit: anti-phase domain para sa (100) ug pag-crack alang sa (111). Samtang ang [111]-oriented nga mga pelikula nagpakita sa maayong mga kinaiya sama sa pagkunhod sa densidad sa depekto, gipaayo nga morpolohiya sa nawong, ug ubos nga tensiyon, ang mga alternatibong oryentasyon sama sa (110) ug (211) nagpabilin nga wala matun-i. Ang kasamtangan nga datos nagsugyot nga ang labing maayo nga mga kondisyon sa pagtubo mahimong piho sa oryentasyon, makapakomplikado sa sistematikong imbestigasyon. Ilabi na, ang paggamit sa mas taas nga-Miller-index Si substrates (eg, (311), (510)) para sa 3C-SiC heteroepitaxy wala pa gayud gitaho, nga nagbilin ug dakong lawak alang sa eksplorasyon nga panukiduki sa mga mekanismo sa pagtubo nga nagsalig sa orientasyon.
2. Eksperimento
Ang 3C-SiC layers gideposito pinaagi sa atmospheric-pressure chemical vapor deposition (CVD) gamit ang SiH4/C3H8/H2 precursor gases. Ang mga substrate mao ang 1 cm² Si wafers nga adunay lainlaing mga oryentasyon: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), ug (995). Ang tanan nga substrates on-axis gawas sa (100), diin ang 2° off-cut wafers dugang gisulayan. Ang paglimpyo sa wala pa ang pagtubo naglakip sa ultrasonic degreasing sa methanol. Ang growth protocol naglangkob sa native oxide removal pinaagi sa H2 annealing sa 1000°C, gisundan sa standard two-step process: carburization sulod sa 10 minutos sa 1165°C nga adunay 12 sccm C3H8, unya epitaxy sulod sa 60 minutos sa 1350°C (C/Si ratio = 4) gamit ang SiscH4 ug C8 sc. Ang matag dagan sa pagtubo naglakip sa upat ngadto sa lima ka lainlaing mga oryentasyon sa Si, nga adunay labing menos usa (100) nga reference wafer.
3. Resulta ug Panaghisgot
Ang morpolohiya sa 3C-SiC nga mga lut-od nga gipatubo sa nagkalain-laing Si substrates (Fig. 1) nagpakita sa lahi nga mga bahin sa nawong ug kabangis. Sa biswal, ang mga sampol nga gipatubo sa Si(100), (211), (311), (553), ug (995) nagpakita nga sama sa salamin, samtang ang uban gikan sa gatas ((331), (510)) hangtod sa dull ((110), (111)). Ang labing hamis nga mga ibabaw (nga nagpakita sa labing maayo nga microstructure) nakuha sa (100)2° off ug (995) substrates. Talagsaon, ang tanan nga mga lut-od nagpabilin nga wala’y liki pagkahuman sa pagpabugnaw, lakip na ang kasagaran nga stress-prone nga 3C-SiC (111). Ang limitado nga gidak-on sa sample mahimo nga nakapugong sa pag-crack, bisan kung ang pipila nga mga sample nagpakita sa pagyukbo (30-60 μm nga deflection gikan sa sentro hangtod sa ngilit) nga makit-an sa ilawom sa optical microscopy sa 1000 × nga pagpadako tungod sa natipon nga thermal stress. Ang taas nga pagduko nga mga lut-od nga gipatubo sa Si (111), (211), ug (553) nga mga substrate nagpakita sa mga concave nga porma nga nagpakita sa tensile strain, nga nagkinahanglan og dugang nga eksperimental ug teoretikal nga trabaho aron makig-alayon sa crystallographic orientation.
Ang Figure 1 nag-summarize sa XRD ug AFM (pag-scan sa 20 × 20 μm2) nga mga resulta sa 3C-SC layers nga gipatubo sa Si substrates nga adunay lain-laing mga oryentasyon.
Atomic force microscopy (AFM) nga mga hulagway (Fig. 2) nagpamatuod sa optical obserbasyon. Root-mean-square (RMS) values nagpamatuod sa labing hamis nga mga ibabaw sa (100)2° off ug (995) nga mga substrates, nga nagpakita sa grain-like structures nga adunay 400-800 nm lateral dimension. Ang (110) -gitubo nga lut-od mao ang labing gahi, samtang ang mga elongated ug/o parallel nga mga bahin nga adunay panagsa nga hait nga mga utlanan makita sa ubang mga oryentasyon ((331), (510)). Ang X-ray diffraction (XRD) θ-2θ scans (summarize sa Table 1) nagpadayag sa malampuson nga heteroepitaxy alang sa ubos nga Miller-index substrates, gawas sa Si (110) nga nagpakita sa sinagol nga 3C-SiC (111) ug (110) nga mga taluktok nga nagpakita sa polycrystallinity. Kini nga pagsagol sa orientasyon na-report kaniadto alang sa Si (110), bisan kung ang pipila nga mga pagtuon naka-obserbar sa eksklusibo nga (111)-oriented nga 3C-SiC, nagsugyot nga ang pag-optimize sa kondisyon sa pagtubo kritikal. Alang sa mga indeks sa Miller ≥5 ((510), (553), (995)), walay XRD peak nga nakita sa standard θ-2θ configuration tungod kay kining mga high-index nga mga eroplano dili magkalahi niini nga geometry. Ang pagkawala sa ubos nga indeks nga 3C-SiC nga mga taluktok (eg, (111), (200)) nagsugyot sa usa ka kristal nga pagtubo, nga nanginahanglan sa pagkiling sa sample aron mahibal-an ang pagkalainlain gikan sa mga eroplano nga ubos ang indeks.
Gipakita sa Figure 2 ang kalkulasyon sa anggulo sa eroplano sa sulod sa istruktura nga kristal sa CFC.
Ang kalkulado nga crystallographic nga mga anggulo tali sa high-index ug low-index nga mga eroplano (Table 2) nagpakita sa dagkong misorientations (> 10 °), nga nagpatin-aw sa ilang pagkawala sa standard θ-2θ scans. Busa ang pag-analisa sa numero sa poste gihimo sa (995)-oriented nga sample tungod sa dili kasagaran nga granular morphology niini (posible nga gikan sa columnar growth o twinning) ug ubos nga kabangis. Ang (111) pole figures (Fig. 3) gikan sa Si substrate ug 3C-SiC layer halos managsama, nga nagpamatuod sa epitaxial nga pagtubo nga walay twinning. Ang sentro nga lugar nagpakita sa χ≈15 °, nga katumbas sa theoretical (111)-(995) nga anggulo. Tulo ka symmetry-equivalent spots ang nagpakita sa gipaabot nga mga posisyon (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° ug 33.6°), bisan pa ang wala damhang huyang nga spot sa χ=62°/φ=93.3° nagkinahanglan ug dugang imbestigasyon. Ang kristal nga kalidad, nga gisusi pinaagi sa gilapdon sa lugar sa φ-scan, makita nga maayo, bisan kung gikinahanglan ang pagsukod sa kurba sa pag-uyog alang sa pag-ihap. Ang mga numero sa poste alang sa (510) ug (553) nga mga sample nagpabilin nga makompleto aron makumpirma ang ilang gituohan nga epitaxial nga kinaiya.
Ang Figure 3 nagpakita sa XRD peak diagram nga natala sa (995) oriented sample, nga nagpakita sa (111) nga mga eroplano sa Si substrate (a) ug ang 3C-SiC layer (b).
4. Panapos
Ang Heteroepitaxial 3C-SiC nga pagtubo milampos sa kadaghanan sa mga orientasyon sa Si gawas sa (110), nga naghatag og polycrystalline nga materyal. Ang Si (100) 2 ° off ug (995) nga mga substrate naghimo sa labing hamis nga mga layer (RMS <1 nm), samtang ang (111), (211), ug (553) nagpakita nga hinungdanon nga pagyukbo (30-60 μm). Ang mga substrate nga adunay taas nga indeks nanginahanglan abanteng XRD characterization (pananglitan, mga numero sa poste) aron makumpirma ang epitaxy tungod sa wala nga θ-2θ nga mga taluktok. Ang nagpadayon nga trabaho naglakip sa rocking curve measurements, Raman stress analysis, ug pagpalapad sa dugang nga high-index orientations aron makompleto kining exploratory study.
Isip usa ka vertically integrated manufacturer, ang XKH naghatag og propesyonal nga customized processing services nga adunay komprehensibong 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 ngadto sa 12-pulgada. Ang among end-to-end nga kahanas sa crystal growth, precision machining, ug kalidad nga kasiguruhan nagsiguro nga gipahaum nga mga solusyon alang sa power electronics, RF, ug mga bag-ong aplikasyon.
Oras sa pag-post: Ago-08-2025