3C SiC-ren garapenaren historia

-ren forma garrantzitsu gisasilizio karburoa, garapenaren historia3C-SiCMaterial erdieroaleen zientziaren etengabeko aurrerapena islatzen du. 1980ko hamarkadan, Nishino et al. lehen aldiz, 4um 3C-SiC film meheak lortu zituen silizioko substratuetan lurrun-deposizio kimikoaren bidez (CVD) [1], eta horrek 3C-SiC film meheen teknologiaren oinarria ezarri zuen.

1990eko hamarkada SiC ikerketaren urrezko aroa izan zen. Cree Research Inc.-ek 6H-SiC eta 4H-SiC txipak merkaturatu zituen 1991n eta 1994an, hurrenez hurren, merkaturatzea sustatuz.SiC gailu erdieroaleak. Garai honetan izandako aurrerapen teknologikoak 3C-SiC-ren ondorengo ikerketa eta aplikazioaren oinarriak ezarri zituen.

mendearen hasieran,etxeko silizioan oinarritutako SiC film meheakhein batean garatu ere. Ye Zhizhen et al. silizioan oinarritutako SiC film meheak prestatu zituen CVD bidez tenperatura baxuko baldintzetan 2002an [2]. 2001ean, An Xia et al. silizioan oinarritutako SiC film meheak prestatu zituen magnetroi bidezko sputtering giro-tenperaturan [3].

Hala ere, Si-ren sare-konstantearen eta SiC-ren (% 20 inguru) arteko alde handia dela eta, 3C-SiC geruza epitaxialaren akatsen dentsitatea nahiko altua da, batez ere DPB bezalako akats bikia. Sare-desegokia murrizteko, ikertzaileek 6H-SiC, 15R-SiC edo 4H-SiC erabiltzen dute (0001) gainazalean substratu gisa 3C-SiC geruza epitaxiala hazteko eta akatsen dentsitatea murrizteko. Esaterako, 2012an, Seki, Kazuaki et al. Epitaxia kontrol polimorfikoko teknologia dinamikoa proposatu zuen, 3C-SiC eta 6H-SiC-ren 6H-SiC (0001) gainazaleko haziaren gainazalera kontrolatuz 3C-SiC eta 6H-SiC-ren hazkuntza polimorfiko selektiboaz jabetzen dena [4-5]. 2023an, Xun Li bezalako ikertzaileek CVD metodoa erabili zuten hazkundea eta prozesua optimizatzeko, eta arrakastaz lortu zuten 3C-SiC leuna.geruza epitaxiala4H-SiC substratu batean DPB akatsik gabe 14um/h-ko hazkuntza-tasa batean[6].

3C SiC-ren kristal-egitura eta aplikazio-eremuak

SiCD politipo askoren artean, 3C-SiC politipo kubiko bakarra da, β-SiC izenez ere ezaguna. Egitura kristalino honetan, Si eta C atomoak bat-bateko erlazioan daude sarean, eta atomo bakoitza lau atomo heterogeneoz inguratuta dago, lotura kobalente sendoak dituen egitura-unitate tetraedriko bat osatuz. 3C-SiC-ren ezaugarri estrukturalak Si-C geruza diatomikoak behin eta berriz ABC-ABC-... ordenan antolatzen direla da, eta zelula unitate bakoitzak halako hiru geruza diatomiko ditu, C3 irudikapena deritzona; 3C-SiC-ren kristal-egitura beheko irudian ageri da:

1. irudia 3C-SiC-ren kristal-egitura

Gaur egun, silizioa (Si) da energia-gailuetarako gehien erabiltzen den material erdieroalea. Hala ere, Si-ren errendimendua dela eta, silizioan oinarritutako potentzia-gailuak mugatuak dira. 4H-SiC eta 6H-SiC-ekin alderatuta, 3C-SiC-k giro-tenperaturan elektroien mugikortasun teoriko handiena du (1000 cm·V-1·S-1), eta abantaila gehiago ditu MOS gailuen aplikazioetan. Aldi berean, 3C-SiC-k propietate bikainak ditu, hala nola matxura-tentsio handia, eroankortasun termiko ona, gogortasun handia, banda zabala, tenperatura altuko erresistentzia eta erradiazio-erresistentzia. Horregatik, potentzial handia du elektronikan, optoelektronikan, sentsoreetan eta aplikazioetan muturreko baldintzetan, erlazionatutako teknologien garapena eta berrikuntza sustatuz, eta aplikazio potentzial zabala erakutsiz alor askotan:

Lehena: batez ere tentsio altuko, maiztasun handiko eta tenperatura altuko inguruneetan, matxura-tentsio altuak eta 3C-SiC-ren elektroien mugikortasun handiak aukera ezin hobea da MOSFET bezalako potentzia-gailuak fabrikatzeko [7]. Bigarrena: 3C-SiC nanoelektronikan eta sistema mikroelekromekanikoetan (MEMS) aplikatzeak silizioaren teknologiarekin duen bateragarritasunari etekina ateratzen dio, nanoelektronika eta nanoelektromekaniko gailuak bezalako egitura nanoeskala fabrikatzeko [8]. Hirugarrena: banda zabaleko material erdieroale gisa, 3C-SiC egokia da fabrikatzekoargi-igorle-diodo urdinak(LEDak). Argiztapenean, pantaila-teknologian eta laserretan duen aplikazioak arreta erakarri du, bere argi-eraginkortasun handiagatik eta dopatze errazagatik [9]. Laugarrena: Aldi berean, 3C-SiC posizioarekiko sentikorrak diren detektagailuak fabrikatzeko erabiltzen da, batez ere laser puntuko posizioarekiko sentikorrak diren detektagailuak alboko efektu fotovoltaikoan oinarrituta, sentsibilitate handia erakusten dutenak zero alborapen baldintzetan eta kokapen zehatzerako egokiak direnak [10] .

3. 3C SiC heteroepitaxia prestatzeko metodoa

3C-SiC heteroepitaxiaren hazkuntza-metodo nagusiak honako hauek diralurrun-deposizio kimikoa (CVD), sublimazio epitaxia (SE), fase likidoaren epitaxia (LPE), izpi molekularra epitaxia (MBE), magnetron sputtering, etab. CVD 3C-SiC epitaxirako metodo hobetsia da bere kontrolagarritasunagatik eta moldagarritasunagatik (adibidez, tenperatura, gas-fluxua, ganberaren presioa eta erreakzio-denbora, eta horrek kalitatea optimiza dezake. geruza epitaxiala).

Lurrun-deposizio kimikoa (CVD): Si eta C elementuak dituen gas konposatu bat erreakzio-ganberara pasatzen da, berotu eta tenperatura altuan deskonposatzen da, eta gero Si atomoak eta C atomoak Si substratuan hauspeatzen dira, edo 6H-SiC, 15R-. SiC, 4H-SiC substratua [11]. Erreakzio honen tenperatura 1300-1500 ℃ artekoa izan ohi da. Si-iturri arruntak SiH4, TCS, MTS, etab. dira, eta C iturriak batez ere C2H4, C3H8, etab., H2 gas eramaile gisa. Hazkuntza-prozesuak urrats hauek hartzen ditu batez ere: 1. Gas-faseko erreakzio iturria gas-fluxu nagusiko deposizio-gunera garraiatzen da. 2. Gas faseko erreakzioa muga-geruzan gertatzen da film meheko aitzindariak eta azpiproduktuak sortzeko. 3. Aitzindariaren prezipitazio-, adsortzio- eta pitzadura-prozesua. 4. Adsorbatutako atomoak migratu eta berreraikitzen dira substratuaren gainazalean. 5. Adsorbatutako atomoak nukleatu eta hazten dira substratuaren gainazalean. 6. Hondakin-gasaren masa-garraioa erreakzioaren ondoren gas-fluxu gune nagusira eta erreakzio-ganberatik ateratzen da. 2. irudia CVDren diagrama eskematiko bat da [12].

2. irudia CVDren diagrama eskematikoa

Sublimazio epitaxia (SE) metodoa: 3. irudia 3C-SiC prestatzeko SE metodoaren egitura esperimentalaren diagrama da. Urrats nagusiak tenperatura altuko eremuan SiC iturriaren deskonposizioa eta sublimazioa, sublimatuen garraioa eta sublimatuen erreakzioa eta kristalizazioa substratuaren gainazalean tenperatura baxuagoan dira. Xehetasunak hauek dira: 6H-SiC edo 4H-SiC substratua arragoaren goiko aldean jartzen da, etapurutasun handiko SiC hautsaSiC lehengai gisa erabiltzen da eta behealdean jartzen dagrafitozko arragoa. Arragoa 1900-2100 ℃-ra berotzen da irrati-maiztasunaren indukzio bidez, eta substratuaren tenperatura SiC iturria baino baxuagoa izan dadin kontrolatzen da, arragoaren barruan tenperatura-gradiente axial bat osatuz, SiC material sublimatua substratuan kondentsatu eta kristalizatu ahal izateko. 3C-SiC heteroepitaxiala eratzeko.

Sublimazio epitaxiaren abantailak bi alderditan daude batez ere: 1. Epitaxiaren tenperatura altua da, eta horrek kristalen akatsak murrizten ditu; 2. Maila atomikoan grabatutako gainazal bat lortzeko grabatu daiteke. Hala ere, hazkuntza-prozesuan zehar, erreakzio-iturria ezin da egokitu, eta silizio-karbono-erlazioa, denbora, hainbat erreakzio-sekuentzia eta abar ezin dira aldatu, eta ondorioz, hazkunde-prozesuaren kontrolagarritasuna gutxitu da.

3. Irudia 3C-SiC epitaxia hazteko SE metodoaren diagrama eskematikoa

Sormen molekularra epitaxia (MBE) film mehe hazteko teknologia aurreratu bat da, 3C-SiC geruza epitaxialak 4H-SiC edo 6H-SiC substratuetan hazteko egokia dena. Metodo honen oinarrizko printzipioa hau da: huts oso handiko ingurune batean, iturriko gasaren kontrol zehatzaren bidez, hazten ari den geruza epitaxialaren elementuak berotzen dira hazte atomiko edo molekular noranzko bat osatzeko eta berotutako substratuaren gainazalean gertatzen da. hazkunde epitaxiala. 3C-SiC hazteko baldintza arruntakgeruza epitaxialak4H-SiC edo 6H-SiC substratuetan honako hauek dira: silizioan aberatsak diren baldintzetan, grafenoa eta karbono iturri purua substantzia gaseosoetara kitzikatzen dira kanoi elektroniko batekin, eta 1200-1350 ℃ erabiltzen da erreakzio-tenperatura gisa. 3C-SiC hazkunde heteroepitaxiala 0,01-0,1 nms-1-ko hazkunde-tasa batean lor daiteke [13].

Ondorioa eta Prospektiba

Etengabeko aurrerapen teknologikoaren eta mekanismoen ikerketa sakonaren bidez, 3C-SiC heteroepitaxial teknologiak erdieroaleen industrian rol garrantzitsuagoa izatea espero da eta eraginkortasun handiko gailu elektronikoen garapena sustatzeko. Esaterako, hazkuntza-teknika eta estrategia berriak aztertzen jarraitzea, hala nola, HCl atmosfera sartzea hazkuntza-tasa handitzeko, akatsen dentsitate txikia mantenduz, etorkizuneko ikerketen norabidea da; akatsak eratzeko mekanismoari buruzko ikerketa sakona, eta karakterizazio teknika aurreratuagoak garatzea, hala nola fotolumineszentzia eta katodoluminiszentzia analisia, akatsen kontrol zehatzagoa lortzeko eta materialaren propietateak optimizatzeko; 3C-SiC kalitate handiko film lodiaren hazkunde azkarra da tentsio handiko gailuen beharrak asetzeko gakoa, eta ikerketa gehiago behar dira hazkunde-tasa eta materialaren uniformetasunaren arteko oreka gainditzeko; SiC/GaN bezalako egitura heterogeneoetan 3C-SiC aplikazioarekin konbinatuta, bere aplikazio potentzialak arakatu gailu berrietan, hala nola potentzia elektronika, integrazio optoelektronikoa eta informazio kuantikoa prozesatzea.

Erreferentziak:

[1] Nishino S , Hazuki Y , Matsunami H ,et al. Chemical Vapor Deposition of Single Crystalline β-SiC Films on Silicon Substrate with Sputtered SiC Intermediate Layer[J].Journal of The Electrochemical Society, 1980, 127(12):2674-2680.

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun, eta silizioan oinarritutako siliziozko karburozko film meheen tenperatura baxuko hazkuntzari buruzko ikerketa [J Journal of Vacuum Science and Technology, 2002, 022(001): 58-60]. .

[3] An Xia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, et al. Preparation of nano-SiC thin films by magnetron sputtering on (111) Si substratu [J Shandong Normal University: Natural Science Edition, 2001: 382-384]. ..

[4] Seki K, Alexander, Kozawa S, et al. SiC-ren hazkuntza politipo-selektiboa disoluzioaren hazkuntzan gainsaturazioaren kontrolaren bidez[J]. Kristalaren Hazkundearen Aldizkaria, 2012, 360: 176-180.

[5] Chen Yao, Zhao Fuqiang, Zhu Bingxian, He Shuai Siliziozko karburoko gailuen garapenaren ikuspegi orokorra [J, 2020: 49-54].

[6] Li X , Wang G .CVD 3C-SiC layers on 4H-SiC substratu on morfologia hobetua [J].Solid State Communications, 2023:371.

[7] Hou Kaiwen Si modelatutako substratuari buruzko ikerketa eta 3C-SiC hazkundean [D Xi'an University of Technology, 2018].

[8]Lars, Hiller, Thomas, et al. Hydrogen Effects in ECR-Etching of 3C-SiC(100) Mesa Structures[J].Materials Science Forum, 2014.

[9] Xu Qingfang 3C-SiC film meheen prestaketa laser lurrun-deposizio kimikoen bidez [D Wuhan University of Technology, 2016].

[10] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K ,et al.3C-SiC/Si Heterostructure: Position-Sensitive Detector for Photovoltaic Effect [J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2019: 40980-40987.

[11] Xin Bin 3C/4H-SiC hazkunde heteroepitaxiala CVD prozesuan oinarrituta: akatsen karakterizazioa eta eboluzioa [D].

[12] Dong Lin eremu handiko obleen hazkuntza epitaxialaren teknologia eta silizio-karburoaren ezaugarri fisikoak [D] Txinako Zientzien Akademia, 2014.

[13] Diani M , Simon L , Kubler L ,et al. 3C-SiC politipoaren kristal-hazkundea 6H-SiC(0001) substratuan [J]. Journal of Crystal Growth, 2002, 235(1):95-102.