Sejarah Perkembangan 3C SiC

Minangka wujud penting sakakarbida silikon, riwayat pangembangan3c-siCnggambarake kemajuan ilmu ilmu materi semikonduktor. Ing taun 1980-an, nishino et al. Pisanan dipikolehi 4,c-sic tipis 4C-sic ing substrat Silicon kanthi deposisi uap kimia (CVD) [1], sing nggawe dhasar teknologi film tipis 3C.

Taun 1990-an minangka jaman keemasan riset SiC. Cree Research Inc. ngluncurake chip 6H-SiC lan 4H-SiC ing taun 1991 lan 1994, promosi komersialisasipiranti semikonduktor SiCWaca rangkeng-. Kemajuan teknologi sajrone wektu iki nyithak dhasar kanggo riset sakteruse lan aplikasi 3C-SIC.

Ing wiwitan abad kaping-21,film tipis SiC basis silikon domestikuga dikembangake kanthi cepet. Ye zhizhen et al. Film tipis tipis sing disiapake silikon silikon kanthi CVD ing kahanan suhu sing kurang ing taun 2002 [2]. Ing taun 2001, xia et al. Film tipis tipis sing disiapake silikon berbagi dening Magnetron sputtern ing suhu kamar [3].

Nanging, amarga bedane gedhe ing antarane kata-kitra SCE lan udakara 20%), Kapadhetan sing cacat saka lapisan epitexial dhuwur, utamane cacat kembar kayata DPB. Supaya bisa nyuda kecamatan kecatangan kisi, peneliti sic, 15r utawa 4h-sic ing permukaan (0001) minangka substrat kanggo tuwuh lapisan epitoxial 3c lan nyuda kapadhetan cacat. Contone, ing taun 2012, Seki, Kazuaki et al. Ngusulake teknologi kontrol epitipxy sing dinamis, sing nyadari pertumbuhan polymorpypik 3c-SIC ing wiji permukaan 6h-sic (0001) kanthi ngontrol supersaturasi [4-5]. Ing 2023, peneliti kayata Xun LI nggunakake metode CVD kanggo ngoptimalake wutah lan proses, lan bisa entuk lancar 3C lancarlapisan epitaxialTanpa cacat DPB ing permukaan ing substrat 4h-sik kanthi tarif wutah 14um / h [6].

Struktur kristal lan lapangan aplikasi saka 3C sic

Antarane pirang-pirang polytypes, 3C-SIC minangka siji-sijine polytype kubik, uga dikenal minangka β-Sic. Ing struktur kristal iki, Si lan C, ana ing rasio siji-siji ing kisi, lan saben atom diubengi dening papat atom heteroged, mbentuk unit strukture tetrahedral kanthi ikatan covalent sing kuwat. Fitur struktural saka 3C-SIC yaiku lapisan anti-c bola-bali diatur kanthi tatanan ABC-ABC- ..., lan saben unit unit ngemot telung lapisan diatomik, sing diarani perwakilan C3; Struktur kristal saka 3C-SIC ditampilake ing tokoh ing ngisor iki:

Gambar 1 Struktur kristal saka 3C-SIC

Saiki, silikon (SI) minangka bahan semikonduktor sing paling umum kanggo piranti listrik. Nanging, amarga piranti listrik basis silicon diwatesi. Dibandhingake karo 4h-SIC, 6h-SIC, 3C-SIC duwe suhu mobil elektron paling dhuwur (1000 cm · S-1), lan duwe kaluwihan luwih akeh ing aplikasi piranti. Ing wektu sing padha, 3C-SIC uga duwe sifat-sifat sing apik kayata voltase breakdown dhuwur, konduktivitas termal, kekerasan dhuwur, resistensi suhu sing akeh, lan resistensi radiasi. Mula, duwe potensial ing elektronika, optoelectronics, sensor, lan aplikasi, lan aplikasi ing kahanan sing ekstrem, promosi pembangunan lan inovasi teknologi sing gegandhengan, lan nuduhake pilihan aplikasi ing pirang-pirang lapangan:

Pisanan: utamane ing voltase dhuwur, frekuensi tinggi lan lingkungan suhu dhuwur, voltase break gedhe lan mobilitas elektron sing cocog kanggo piranti kerja kayata mosfet [7]. Kapindho: Aplikasi 3C SIC ing sistem nanoelectronics lan mikroelectromechean (Mems) saka kompatibilitas karo teknologi silikon, saéngga nggawe struktur nanoelecale kayata piranti nanoelectronemekan [8]. Katelu: Minangka materi semikonduktor, 3C-SIC cocog kanggo pabrikdioda cahya biru(LED). Aplikasi ing cahya, teknologi tampilan lan laser wis narik kawigaten manungsa waé amarga efisiensi cahya dhuwur lan doping gampang [9]. Papat: Ing wektu sing padha, 3C-SiC digunakake kanggo nggawe detektor sensitif posisi, utamane detektor sensitif posisi titik laser adhedhasar efek fotovoltaik lateral, sing nuduhake sensitivitas dhuwur ing kondisi bias nol lan cocok kanggo posisi sing tepat [10] .

3. Cara persiapan heteroepitaksi 3C SiC

Metode pertumbuhan utama saka 3C Heteroepitexs kalebudeposisi uap kimia (CVD), Sublimation Epitexy (Se), epitaksi fase cair (LPE), Molecular Beam epitaxy (MBE), magnetron sputtering, etc. CVD minangka cara sing disenengi kanggo 3C-SiC epitaxy amarga kontrol lan adaptasi (kayata suhu, aliran gas, tekanan kamar lan wektu reaksi, sing bisa ngoptimalake kualitas lapisan epitaxial).

Deposisi uap kimia (CVD): Gas senyawa sing ngemot unsur Si lan C dilebokake menyang kamar reaksi, digawe panas lan diurai ing suhu dhuwur, banjur atom Si lan atom C diendapke ing substrat Si, utawa 6H-SiC, 15R- Substrat SiC, 4H-SiC [11]. Suhu reaksi iki biasane antarane 1300-1500 ℃. Sumber Si umum kalebu SiH4, TCS, MTS, lan sapiturute, lan sumber C utamane kalebu C2H4, C3H8, lan liya-liyane, kanthi H2 minangka gas pembawa. Proses wutah utamane kalebu langkah-langkah ing ngisor iki: 1. Sumber reaksi fase gas diangkut menyang zona deposisi ing aliran gas utama. 2. Reaksi fase gas dumadi ing lapisan wates kanggo ngasilake prekursor film tipis lan produk sampingan. 3. Proses presipitasi, adsorpsi lan retak saka prekursor. 4. Atom adsorbed migrasi lan mbangun maneh ing lumahing substrat. 5. Atom adsorbed nukleasi lan tuwuh ing permukaan substrat. 6. Transportasi massa gas sampah sawise reaksi menyang zona aliran gas utama lan dijupuk metu saka kamar reaksi. Gambar 2 minangka diagram skematis CVD [12].

Gambar 2 Diagram skematis CVD

Cara Epitexy (Se) Sublimation: Gambar 3 minangka diagram struktur eksperimen saka cara kanggo mode kanggo nyiapake 3C. Langkah utama yaiku bosok lan sublimasi Source SIC ing zona suhu dhuwur, transportasi sublimat, lan reaksi lan kristalisasi sublimat ing suhu sing luwih murah. Rincian kasebut kaya ing ngisor iki: Substrat 6h-SIC utawa 4h-Sic diselehake ing sisih ndhuwur bisa ugaWêdakakêna Sik Umumdigunakake minangka bahan mentah sic lan dilebokake ing ngisorwadhah grafit. Crucible digawe panas nganti 1900-2100 ℃ kanthi induksi frekuensi radio, lan suhu substrate dikontrol dadi luwih murah tinimbang sumber SiC, mbentuk gradien suhu aksial ing jero crucible, supaya materi SiC sing disublimasi bisa ngembun lan kristal ing landasan. kanggo mbentuk 3C-SiC heteroepitaxial.

Kauntungan saka epitexy sublimasi biasane ana ing rong aspek: 1. Suhu epitisme dhuwur, sing bisa nyuda cacat kristal; 2 .. Bisa digayuh kanggo entuk lumahing etchched ing tingkat atom. Nanging, sajrone proses wutah, sumber reaksi ora bisa diatur, lan rasio silikon-karbon, wektu, macem-macem urutan reaksi, lan sapiturute.

Gambar 3 skematis saka cara SE kanggo tuwuhing 3C-SIC Epitexy

Rasis molekin (MBE) minangka teknologi pertumbuhan film tipis sing luwih maju, sing cocog kanggo tuwuh lapisan epitoxial 3C sing tansaya ing substrat 4h-sic. Prinsip dhasar saka metode iki yaiku: ing lingkungan lingkungan sing dhuwur banget, liwat gas sing tepat gas, unsur lapisan epitarix sing digawe panas kanggo mbentuk balok atom utawa kedadeyan ing permukaan sing digawe panas kanggo Wutah epitoxial. Kahanan umum kanggo tuwuh 3c-SIClapisan epitaxialIng substrat 4h-sic utawa 6h-sic yaiku: Ing kahanan silicon, grapas lan sumber karbon murni bungah dadi bahan gasan kanthi bedhil elektron, lan 1200-1350 ℃ digunakake minangka suhu reaksi. Wutah Heteroepituarxial 3C-SIC bisa dipikolehi kanthi tingkat pertumbuhan 0,01-0.1 NMS-1 [13].

Kesimpulan lan Prospek

Liwat kemajuan teknologi terus lan riset mekanisme ing jero, teknologi Heteroepitains 3C-SIC wis samesthine kanggo nggawe peran sing luwih penting ing industri semikonduktor lan promosi pangembangan piranti elektronik sing efisien. Contone, terus kanggo njelajah teknik lan strategi pertumbuhan anyar, kayata ngenalake swasana HCL kanggo nambah tingkat wutah nalika njaga kapadhetan kekurangan murah, yaiku arah riset sing kurang; Panaliten ing jero babagan mekanisme formasi sing cacat, lan pangembangan teknik karakteristik sing luwih maju, kayata fotoluminescence lan analisis Cathodoluminescence, kanggo nggayuh kontrol cacat sing luwih tepat lan ngoptimalake sifat-sifat material; Wutah film tebal kanthi cepet 3C-SIC minangka kunci kanggo ngrampungake kabutuhan piranti voltase, lan panliten sing dibutuhake kanggo ngatasi keseimbangan ing antarane tingkat pertumbuhan lan keseragaman materi; Gabungan karo aplikasi 3C SIC ing struktur heterogen kayata SIC / Gan, njelajah aplikasi potensial ing piranti anyar kayata Elektronik Optoelectoric.

Cathetan:

[1] Nishino s, Hazuki Y, Matsunami H, et al. Usul kimia deposisi film β-SIC siji kristal ing Substrat Silikon karo Layer Sikus Sik .Journed saka masyarakat elektrokimia, 1980, 127 (1274-2680.

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun, et al. Riset babagan pertumbuhan suhu rendah film tipis silikon karbida [J]. .

[3] Zhuang Huuang Huizhao, Li Huixiang, nunggu. (111) SNA kanggo nyiyapake film nano-sic ing cara sputtering magnet [j].

[4] Seki K, Alexander, Kozawa S, et al. Wutah politipe-selektif saka SiC kanthi kontrol supersaturasi ing wutah solusi [J]. Jurnal Pertumbuhan Kristal, 2012, 360: 176-180.

[5] Chen Yao, Zhao Fuqiang, Zhu Bingxian, He Shuai Ringkesan pangembangan piranti listrik karbida silikon ing omah lan ing luar negeri [J].

[6] Li X, Wang G. Wutah CVD saka lapisan 3C-SiC ing substrat 4H-SiC kanthi morfologi sing luwih apik [J].Solid State Communications, 2023:371.

[7] Hou Kaiwen Riset babagan substrat berpola Si lan aplikasi ing 3C-SiC Universitas Teknologi, 2018.

[8] Lars, Hiller, Thomas, et al. Efek Hidrogen ing ECR-Etching saka 3C-SiC(100) Mesa Structures[J].Materials Science Forum, 2014.

[9] Xu Qingfang Persiapan film tipis 3C-SiC kanthi deposisi uap kimia laser [D].

[10] Foisal A R M, Nguyen T, Dinh T, Dinh T, Heterostructure sing apik kanggo para detektor sing sensitif adhedhasar efek fotovolta, 2019: 40980-40987.

[11] Xin Bin 3C / 4H-SiC pertumbuhan heteroepitaxial adhedhasar proses CVD: karakterisasi cacat lan evolusi [D].

[12] Dong Lin. Teknologi pertumbuhan epitaxial multi-wafer gedhe lan karakterisasi sifat fisik silikon karbida [D].

[13] Dani m, Simon L, Kubur L, et al. Wutah kristal saka polytype 3C-SIC ing 6h-sic (0001) landasan [J]. Jurnal Wutah Crystal, 2002, 235 (1): 95-102.