1. Enkonduko
Malgraŭ jardekoj da esplorado, heteroepitaksa 3C-SiC kreskigita sur siliciaj substratoj ankoraŭ ne atingis sufiĉan kristalan kvaliton por industriaj elektronikaj aplikoj. Kresko estas tipe farata sur Si(100) aŭ Si(111) substratoj, ĉiu prezentante apartajn defiojn: kontraŭfazaj domajnoj por (100) kaj fendado por (111). Dum [111]-orientitaj filmoj montras promesplenajn karakterizaĵojn kiel reduktita difekta denseco, plibonigita surfaca morfologio kaj pli malalta streĉo, alternativaj orientiĝoj kiel (110) kaj (211) restas nesufiĉe studitaj. Ekzistantaj datumoj sugestas, ke optimumaj kreskokondiĉoj povas esti orientiĝ-specifaj, malfaciligante sisteman esploradon. Rimarkinde, la uzo de pli alt-Miller-indeksaj Si substratoj (ekz., (311), (510)) por 3C-SiC heteroepitaksio neniam estis raportita, lasante signifan spacon por esplora esplorado pri orientiĝ-dependaj kreskomekanismoj.
2. Eksperimenta
La 3C-SiC-tavoloj estis deponitaj per atmosferaprema kemia vapora deponado (CVD) uzante SiH4/C3H8/H2-antaŭajn gasojn. La substratoj estis 1 cm² Si-platetoj kun diversaj orientiĝoj: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), kaj (995). Ĉiuj substratoj estis suraksaj krom (100), kie 2°-restranĉitaj platoj estis plie testitaj. Antaŭkreskiga purigado implikis ultrasonan sengrasigon en metanolo. La kreskoprotokolo konsistis el forigo de indiĝena oksido per H2-kalcinado je 1000°C, sekvata de norma du-ŝtupa procezo: karburigado dum 10 minutoj je 1165°C kun 12 sccm C3H8, poste epitaksio dum 60 minutoj je 1350°C (C/Si-proporcio = 4) uzante 1.5 sccm SiH4 kaj 2 sccm C3H8. Ĉiu kreskociklo inkluzivis kvar ĝis kvin malsamajn Si-orientiĝojn, kun almenaŭ unu (100) referenca oblato.
3. Rezultoj kaj Diskuto
La morfologio de 3C-SiC-tavoloj kreskigitaj sur diversaj Si-substratoj (Fig. 1) montris apartajn surfacajn trajtojn kaj malglatecon. Vide, specimenoj kreskigitaj sur Si(100), (211), (311), (553), kaj (995) aspektis spegulsimilaj, dum aliaj variis de laktecaj ((331), (510)) ĝis malbrilaj ((110), (111)). La plej glataj surfacoj (montrantaj la plej bonan mikrostrukturon) estis akiritaj sur (100)2°-malantaŭaj kaj (995) substratoj. Rimarkinde, ĉiuj tavoloj restis senfendetaj post malvarmigo, inkluzive de la tipe stresema 3C-SiC(111). La limigita specimena grandeco eble malhelpis fendetiĝon, kvankam iuj specimenoj montris kliniĝon (30-60 μm dekliniĝo de centro al rando) detekteblan per optika mikroskopio je 1000× pligrandigo pro akumulita termika streso. Tre kurbaj tavoloj kreskigitaj sur Si(111), (211), kaj (553) substratoj montris konkavajn formojn indikante streĉan streĉon, postulante plian eksperimentan kaj teorian laboron por korelacii kun kristalografia orientiĝo.
Figuro 1 resumas la rezultojn de XRD kaj AFM (skanado je 20×20 μ m2) de la 3C-SC-tavoloj kreskigitaj sur Si-substratoj kun malsamaj orientiĝoj.
Bildoj per atomforta mikroskopio (AFM) (Fig. 2) konfirmis optikajn observojn. Kvadrataj averaĝaj (RMS) valoroj konfirmis la plej glatajn surfacojn sur substratoj kun (100)2° distanco kaj (995), prezentante grensimilajn strukturojn kun lateralaj dimensioj de 400-800 nm. La tavolo kreskinta je (110) estis la plej malglata, dum plilongigitaj kaj/aŭ paralelaj trajtoj kun fojaj akraj limoj aperis en aliaj orientiĝoj ((331), (510)). Skanadoj per rentgen-difrakto (XRD) θ-2θ (resumitaj en Tabelo 1) rivelis sukcesan heteroepitaksion por substratoj kun pli malalta Miller-indekso, krom Si(110), kiu montris miksitajn pintojn de 3C-SiC(111) kaj (110) indikante polikristalecon. Ĉi tiu orientiĝa miksado estis antaŭe raportita por Si(110), kvankam iuj studoj observis ekskluzive (111) orientitan 3C-SiC, sugestante ke optimumigo de kreskokondiĉoj estas kritika. Por Miller-indeksoj ≥5 ((510), (553), (995)), neniuj XRD-pintoj estis detektitaj en norma θ-2θ konfiguracio, ĉar ĉi tiuj alt-indeksaj ebenoj ne difraktas en ĉi tiu geometrio. La foresto de malalt-indeksaj 3C-SiC-pintoj (ekz., (111), (200)) sugestas unu-kristalan kreskon, postulante kliniĝon de la specimeno por detekti difrakton de malalt-indeksaj ebenoj.
Figuro 2 montras la kalkulon de la ebena angulo ene de la kristalstrukturo de CFC.
La kalkulitaj kristalografiaj anguloj inter alt-indeksaj kaj malalt-indeksaj ebenoj (Tabelo 2) montris grandajn misorientiĝojn (>10°), klarigante ilian foreston en normaj θ-2θ skanadoj. Analizo de polusaj figuroj estis tial farita sur la (995)-orientita specimeno pro ĝia nekutima grajneca morfologio (eble pro koloneca kresko aŭ ĝemeliĝo) kaj malalta krudeco. La (111) polusaj figuroj (Fig. 3) de Si-substrato kaj 3C-SiC-tavolo estis preskaŭ identaj, konfirmante epitaksian kreskon sen ĝemeliĝo. La centra makulo aperis je χ≈15°, kongruante kun la teoria angulo (111)-(995). Tri simetri-ekvivalentaj makulo aperis ĉe atenditaj pozicioj (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° kaj 33.6°), kvankam neantaŭdirita malforta makulo je χ=62°/φ=93.3° postulas plian esploron. La kristala kvalito, taksita per larĝo de la punkto en φ-skanadoj, ŝajnas promesplena, kvankam mezuradoj de la skukurboj estas necesaj por kvantigo. Polciferoj por (510) kaj (553) specimenoj ankoraŭ ne estas kompletigitaj por konfirmi ilian supozeblan epitaksian naturon.
Figuro 3 montras la XRD-pintdiagramon registritan sur la (995) orientita specimeno, kiu montras la (111) ebenojn de la Si-substrato (a) kaj la 3C-SiC-tavolo (b).
4. Konkludo
Heteroepitaksa kresko de 3C-SiC sukcesis ĉe plej multaj Si-orientiĝoj krom (110), kiu produktis polikristalan materialon. Substratoj Si(100)2° off kaj (995) produktis la plej glatajn tavolojn (RMS <1 nm), dum (111), (211) kaj (553) montris signifan kliniĝon (30-60 μm). Substratoj kun alta indico postulas altnivelan XRD-karakterizadon (ekz., polusaj figuroj) por konfirmi epitaksion pro forestantaj θ-2θ pintoj. Daŭranta laboro inkluzivas mezuradojn de skukurboj, analizon de Raman-streĉo, kaj vastiĝon al pliaj alt-indeksaj orientiĝoj por kompletigi ĉi tiun esploran studon.
Kiel vertikale integra fabrikanto, XKH provizas profesiajn, personecigitajn prilaborajn servojn kun ampleksa kolekto de siliciokarbidaj substratoj, ofertante normajn kaj specialigitajn tipojn inkluzive de 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, kaj 3C-SiC, haveblaj en diametroj de 2-colaj ĝis 12-colaj. Nia kompleta sperto pri kristalkresko, preciza maŝinado kaj kvalito-kontrolo certigas personecigitajn solvojn por potencelektroniko, RF kaj emerĝantaj aplikoj.
Afiŝtempo: 8-a de aŭgusto 2025