1. Giriş
Onýyllyk gözleglere garamazdan, kremniý substratlarynda ösdürilip ýetişdirilen geteroepitaksial 3C-SiC senagat elektron ulanylyşlary üçin ýeterlik kristal hiline ýetmedi. Ösüş adatça Si(100) ýa-da Si(111) substratlarynda amala aşyrylýar, olaryň her biri aýratyn kynçylyklary döredýär: (100) üçin antifaza domenleri we (111) üçin çatlama. [111] ugurly plýonkalar kemçilik dykyzlygynyň peselmegi, ýerüsti morfologiýanyň gowulanmagy we pes stres ýaly geljegi uly häsiýetleri görkezse-de, (110) we (211) ýaly alternatiw ugurlar henizem öwrenilmedik bolmagynda galýar. Bar bolan maglumatlar optimal ösüş şertleriniň ugur boýunça bolup biljekdigini we ulgamlaýyn barlaglary kynlaşdyrýandygyny görkezýär. Belläp geçmeli zat, 3C-SiC geteroepitaksiýasy üçin ýokary Miller indeksli Si substratlarynyň (meselem, (311), (510)) ulanylmagy barada hiç haçan habar berilmedi, bu bolsa ugur boýunça ösüş mehanizmleri boýunça gözleg barlaglary üçin uly orun galdyrdy.
2. Eksperimental
3C-SiC gatlaklary atmosfera basyşly himiki bug çökündisi (CVD) arkaly SiH4/C3H8/H2 öňki gazlary ulanylyp çökdürildi. Substratlar dürli ugurlardaky 1 sm² Si waferlerinden ybaratdy: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) we (995. Ähli substratlar (100)-den başga okda ýerleşýärdi, bu ýerde 2° kesilen waferler goşmaça synagdan geçirildi. Ösüşden öňki arassalamak metanolda ultrases ýagyny aýyrmagy öz içine alýardy. Ösüş protokoly 1000°C-da H2-ni ýumşatmak arkaly tebigy oksidi aýyrmakdan, soňra standart iki ädimli prosesden ybaratdy: 1165°C-da 12 skm C3H8 bilen 10 minutlap karbýurizasiýa, soňra 1350°C-da 60 minutlap epitaksiýa (C/Si gatnaşygy = 4) 1,5 skm SiH4 we 2 skm C3H8 ulanyp. Her ösüş tapgyry dört-bäş dürli Si ugurlaryny öz içine aldy, azyndan bir (100) salgylanma plastinkasy bilen.
3. Netijeler we ara alyp maslahatlaşmalar
Dürli Si substratlarynda ösdürilip ýetişdirilen 3C-SiC gatlaklarynyň morfologiýasy (1-nji surat) aýratyn ýüz aýratynlyklaryny we gödekligini görkezdi. Görünüş taýdan, Si(100), (211), (311), (553) we (995)-de ösdürilip ýetişdirilen nusgalar aýna ýaly görünýärdi, beýlekileri bolsa süýt reňkli ((331), (510))-den mat reňkli ((110), (111))-e çenli üýtgeýärdi. Iň tekiz ýüzler (iň gowy mikrostrukturany görkezýär) (100)2° we (995) substratlarynda alyndy. Üns beriň, ähli gatlaklar, şol sanda adatça dartgynlylyga sezewar bolýan 3C-SiC(111)-de sowadylandan soň çatlamaz galdy. Çäklendirilen nusga ölçegi çatlamanyň öňüni alan bolmagy mümkin, ýöne käbir nusgalar toplanan termal dartgynlyk sebäpli 1000 × ulaldyşda optiki mikroskopiýada anyklanyp bilinýän egri (merkezden gyra 30-60 μm egrilik) görkezdi. Si(111), (211) we (553) substratlarynda ösdürilip ýetişdirilen ýokary egri gatlaklar dartgynlylyk deformasiýasyny görkezýän içbükeýin şekilleri görkezdi, bu bolsa kristalografik ugur bilen baglanyşykly goşmaça tejribe we nazary işleri talap etdi.
1-nji suratda dürli ugurlardaky Si substratlarynda ösdürilip ýetişdirilen 3C-SC gatlaklarynyň XRD we AFM (20 × 20 μ m2-de skanirleme) netijeleri jemlenen.
Atom güýç mikroskopiýasynyň (AFM) suratlary (2-nji surat) optiki gözegçilikleri tassyklady. Ortaça kwadrat (RMS) gymmatlyklary (100)2° we (995) substratlarda iň tekiz ýüzleri tassyklady, olar 400-800 nm gapdal ölçegli däne şekilli gurluşlary öz içine alýardy. (110) bilen ösen gatlak iň gödekdi, şol bir wagtyň özünde başga ugurlarda wagtal-wagtal ýiti serhetleri bolan uzyn we/ýa-da parallel aýratynlyklar peýda boldy ((331), (510)). Rentgen difraksiýasy (XRD) θ-2θ skanirlemeleri (1-nji tablisada jemlenen) polikristalligi görkezýän garyşyk 3C-SiC(111) we (110) depelerini görkezen Si(110)-dan başga, pes Miller indeksli substratlar üçin üstünlikli geteroepitaksiýany ýüze çykardy. Bu ugur garyşmasy öň Si(110) üçin habar berlipdi, emma käbir barlaglarda eksklýuziw (111)-ugurly 3C-SiC syn edildi, bu bolsa ösüş şertleriniň optimizasiýasynyň möhümdigini görkezýär. Miller indeksleri ≥5 ((510), (553), (995)) üçin standart θ-2θ konfigurasiýasynda XRD depeleri ýüze çykarylmady, sebäbi bu ýokary indeksli tekizlikler bu geometriýada diffraksiýa döretmeýär. Pes indeksli 3C-SiC depeleriniň ýoklugy (meselem, (111), (200)) pes indeksli tekizliklerden difraksiyany anyklamak üçin nusganyň egilmegini talap edýän monokristal ösüşi görkezýär.
2-nji suratda CFC kristal gurluşynyň içinde tekizlik burçunyň hasaplanylyşy görkezilýär.
Ýokary indeksli we pes indeksli tekizlikleriň arasyndaky hasaplanan kristalografik burçlar (2-nji tablisa) uly ýalňyş ugurlary (>10°) görkezdi, bu bolsa olaryň standart θ-2θ skanirlemelerinde ýokdugyny düşündirýär. Şonuň üçin (995) ugurly nusgada onuň adaty bolmadyk granula morfologiýasy (sütünli ösüşden ýa-da ekizleşmeden bolmagy mümkin) we pes gödekligi sebäpli polýus şekilleriniň seljermesi geçirildi. Si substratyndan we 3C-SiC gatlagyndan alnan (111) polýus şekilleri (3-nji surat) diýen ýaly birmeňzeş bolup, ekizleşmeden epitaksial ösüşi tassyklady. Merkezi nokat χ≈15°-da peýda boldy, bu bolsa nazaryýetdäki (111)-(995) burça gabat gelýär. Garaşylýan ýerlerde üç simmetriýa deň nokady peýda boldy (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° we 33.6°), emma χ=62°/φ=93.3°-da garaşylmadyk gowşak nokat goşmaça derňew talap edýär. φ-skanlarda nokat giňligi arkaly bahalandyrylan kristal hili umyt beriji bolup görünýär, emma mukdary kesgitlemek üçin sallanyş egri ölçegleri gerek. (510) we (553) nusgalarynyň polýus şekilleri olaryň çaklanylýan epitaksial tebigatyny tassyklamak üçin tamamlanmaly.
3-nji suratda (995) gönükdirilen nusgada ýazylan XRD pik diagrammasy görkezilýär, ol Si substratynyň (a) we 3C-SiC gatlagynyň (b) (111) tekizliklerini görkezýär.
4. Netije
Heteroepitaksial 3C-SiC ösüşi (110)-dan başga köp Si ugurlary boýunça üstünlik gazandy, bu bolsa polikristal materialy berdi. Si(100)2° we (995) substratlar iň ýumşak gatlaklary döretdi (RMS <1 nm), (111), (211) we (553) bolsa ep-esli egrilik görkezdi (30-60 μm). Ýokary indeksli substratlar θ-2θ depeleriniň ýoklugy sebäpli epitaksiýany tassyklamak üçin ösen rentgen suratlandyrmasyny (meselem, polýus şekilleri) talap edýär. Dowam edýän işlere bu gözleg işini tamamlamak üçin sarsgyn egri ölçegleri, Raman stres analizi we goşmaça ýokary indeksli ugurlary giňeltmek girýär.
Dik integrasiýaly önüm öndüriji hökmünde, XKH kremniý karbid substratlarynyň giňişleýin portfeli bilen professional ýöriteleşdirilen gaýtadan işlemek hyzmatlaryny hödürleýär, 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P we 3C-SiC ýaly standart we ýöriteleşdirilen görnüşlerini hödürleýär, olar 2 dýuýmdan 12 dýuýma çenli diametrlerde elýeterlidir. Kristal ösdürip ýetişdirmek, takyk işläp taýýarlamak we hil kepilligi boýunça biziň doly tejribämiz elektrik elektronikasy, RF we täze ulanylýan ulgamlar üçin ýöriteleşdirilen çözgütleri üpjün edýär.
Ýerleşdirilen wagty: 2025-nji ýylyň 8-nji awgusty