3C SiC இன் வளர்ச்சி வரலாறு

ஒரு முக்கியமான வடிவமாகசிலிக்கான் கார்பைடு, வளர்ச்சி வரலாறு3C-SiCகுறைக்கடத்தி பொருள் அறிவியலின் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றத்தை பிரதிபலிக்கிறது. 1980களில், நிஷினோ மற்றும் பலர். இரசாயன நீராவி படிவு (CVD) [1] மூலம் சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறுகளில் 4um 3C-SiC மெல்லிய பிலிம்களை முதலில் பெற்றது, இது 3C-SiC மெல்லிய படத் தொழில்நுட்பத்திற்கு அடித்தளம் அமைத்தது.

1990கள் SiC ஆராய்ச்சியின் பொற்காலம். க்ரீ ரிசர்ச் இன்க். 1991 மற்றும் 1994 இல் முறையே 6H-SiC மற்றும் 4H-SiC சில்லுகளை அறிமுகப்படுத்தியது, இது வணிகமயமாக்கலை ஊக்குவிக்கிறது.SiC குறைக்கடத்தி சாதனங்கள். இந்த காலகட்டத்தில் தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம் 3C-SiC இன் அடுத்தடுத்த ஆராய்ச்சி மற்றும் பயன்பாட்டிற்கான அடித்தளத்தை அமைத்தது.

21 ஆம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில்,உள்நாட்டு சிலிக்கான் அடிப்படையிலான SiC மெல்லிய படங்கள்ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிற்கு வளர்ந்தது. Ye Zhizhen மற்றும் பலர். 2002 இல் குறைந்த வெப்பநிலை நிலைகளின் கீழ் CVD மூலம் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான SiC மெல்லிய பிலிம்கள் தயாரிக்கப்பட்டது [2]. 2001 இல், ஆன் சியா மற்றும் பலர். அறை வெப்பநிலையில் மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங் மூலம் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான SiC மெல்லிய பிலிம்களை தயார் செய்தார் [3].

இருப்பினும், Si இன் லட்டு மாறிலிக்கும் SiC (சுமார் 20%)க்கும் இடையே உள்ள பெரிய வேறுபாடு காரணமாக, 3C-SiC எபிடாக்சியல் அடுக்கின் குறைபாடு அடர்த்தி ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக உள்ளது, குறிப்பாக DPB போன்ற இரட்டைக் குறைபாடு. லேட்டிஸ் பொருத்தமின்மையைக் குறைப்பதற்காக, ஆராய்ச்சியாளர்கள் (0001) மேற்பரப்பில் 6H-SiC, 15R-SiC அல்லது 4H-SiC ஐ அடி மூலக்கூறாகப் பயன்படுத்தி 3C-SiC எபிடாக்சியல் லேயரை வளர்த்து குறைபாடு அடர்த்தியைக் குறைக்கின்றனர். உதாரணமாக, 2012 இல், Seki, Kazuaki மற்றும் பலர். டைனமிக் பாலிமார்பிக் எபிடாக்சி கட்டுப்பாட்டு தொழில்நுட்பத்தை முன்மொழிந்தது, இது 6H-SiC (0001) மேற்பரப்பு விதையில் 3C-SiC மற்றும் 6H-SiC இன் பாலிமார்பிக் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட வளர்ச்சியை சூப்பர்சாச்சுரேஷனைக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம் உணருகிறது [4-5]. 2023 ஆம் ஆண்டில், Xun Li போன்ற ஆராய்ச்சியாளர்கள் CVD முறையைப் பயன்படுத்தி வளர்ச்சி மற்றும் செயல்முறையை மேம்படுத்தினர் மற்றும் வெற்றிகரமாக ஒரு மென்மையான 3C-SiC ஐப் பெற்றனர்.எபிடாக்சியல் அடுக்கு14um/h [6] வளர்ச்சி விகிதத்தில் 4H-SiC அடி மூலக்கூறில் மேற்பரப்பில் DPB குறைபாடுகள் இல்லாமல்.

3C SiC இன் படிக அமைப்பு மற்றும் பயன்பாட்டு புலங்கள்

பல SiCD பாலிடைப்களில், 3C-SiC என்பது β-SiC என்றும் அழைக்கப்படும் ஒரே க்யூபிக் பாலிடைப் ஆகும். இந்த படிக அமைப்பில், Si மற்றும் C அணுக்கள் லட்டுகளில் ஒன்றுக்கு ஒன்று விகிதத்தில் உள்ளன, மேலும் ஒவ்வொரு அணுவும் நான்கு பன்முக அணுக்களால் சூழப்பட்டுள்ளது, வலுவான கோவலன்ட் பிணைப்புகளுடன் ஒரு டெட்ராஹெட்ரல் கட்டமைப்பு அலகு உருவாக்குகிறது. 3C-SiC இன் கட்டமைப்பு அம்சம் என்னவென்றால், Si-C டையட்டோமிக் அடுக்குகள் ABC-ABC-... என்ற வரிசையில் மீண்டும் மீண்டும் அமைக்கப்பட்டிருக்கும், மேலும் ஒவ்வொரு யூனிட் கலமும் இதுபோன்ற மூன்று டையட்டோமிக் அடுக்குகளைக் கொண்டுள்ளது, இது C3 பிரதிநிதித்துவம் என்று அழைக்கப்படுகிறது; 3C-SiC இன் படிக அமைப்பு கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது:

படம் 1 3C-SiC இன் படிக அமைப்பு

தற்போது, ​​சிலிக்கான் (Si) என்பது ஆற்றல் சாதனங்களுக்கு பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் குறைக்கடத்திப் பொருளாகும். இருப்பினும், Si இன் செயல்திறன் காரணமாக, சிலிக்கான் அடிப்படையிலான சக்தி சாதனங்கள் குறைவாகவே உள்ளன. 4H-SiC மற்றும் 6H-SiC உடன் ஒப்பிடும்போது, ​​3C-SiC அதிக அறை வெப்பநிலை தத்துவார்த்த எலக்ட்ரான் இயக்கம் (1000 cm·V-1·S-1) மற்றும் MOS சாதன பயன்பாடுகளில் அதிக நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. அதே நேரத்தில், 3C-SiC உயர் முறிவு மின்னழுத்தம், நல்ல வெப்ப கடத்துத்திறன், அதிக கடினத்தன்மை, பரந்த பேண்ட்கேப், உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு மற்றும் கதிர்வீச்சு எதிர்ப்பு போன்ற சிறந்த பண்புகளையும் கொண்டுள்ளது. எனவே, இது எலக்ட்ரானிக்ஸ், ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக்ஸ், சென்சார்கள் மற்றும் தீவிர நிலைமைகளின் கீழ் பயன்பாடுகளில் பெரும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது, தொடர்புடைய தொழில்நுட்பங்களின் மேம்பாடு மற்றும் புதுமைகளை ஊக்குவிக்கிறது மற்றும் பல துறைகளில் பரந்த பயன்பாட்டு திறனைக் காட்டுகிறது:

முதலாவதாக: குறிப்பாக உயர் மின்னழுத்தம், அதிக அதிர்வெண் மற்றும் அதிக வெப்பநிலை சூழல்களில், 3C-SiC இன் உயர் முறிவு மின்னழுத்தம் மற்றும் உயர் எலக்ட்ரான் இயக்கம் ஆகியவை MOSFET [7] போன்ற சக்தி சாதனங்களைத் தயாரிப்பதற்கு சிறந்த தேர்வாக அமைகின்றன. இரண்டாவது: நானோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் மைக்ரோ எலக்ட்ரோ மெக்கானிக்கல் சிஸ்டங்களில் (MEMS) 3C-SiC இன் பயன்பாடு சிலிக்கான் தொழில்நுட்பத்துடன் அதன் இணக்கத்தன்மையிலிருந்து பயனடைகிறது, இது நானோ எலக்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் நானோ எலக்ட்ரோ மெக்கானிக்கல் சாதனங்கள் [8] போன்ற நானோ அளவிலான கட்டமைப்புகளை உருவாக்க அனுமதிக்கிறது. மூன்றாவது: பரந்த பேண்ட்கேப் குறைக்கடத்தி பொருளாக, 3C-SiC உற்பத்திக்கு ஏற்றது.நீல ஒளி-உமிழும் டையோட்கள்(எல்இடி). லைட்டிங், டிஸ்ப்ளே டெக்னாலஜி மற்றும் லேசர்களில் அதன் பயன்பாடு அதிக ஒளிரும் திறன் மற்றும் எளிதான ஊக்கமருந்து [9] காரணமாக கவனத்தை ஈர்த்துள்ளது. நான்காவது: அதே நேரத்தில், 3C-SiC நிலை-உணர்திறன் கண்டறிதல்களை உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுகிறது, குறிப்பாக லேசர் புள்ளி நிலை-உணர்திறன் கண்டறிதல்கள் பக்கவாட்டு ஒளிமின்னழுத்த விளைவை அடிப்படையாகக் கொண்டவை, அவை பூஜ்ஜிய சார்பு நிலைகளின் கீழ் அதிக உணர்திறனைக் காட்டுகின்றன மற்றும் துல்லியமான நிலைப்படுத்தலுக்கு ஏற்றவை [10] .

3. 3C SiC heteroepitaxy தயாரிப்பு முறை

3C-SiC ஹெட்டோரோபிடாக்ஸியின் முக்கிய வளர்ச்சி முறைகள் அடங்கும்இரசாயன நீராவி படிவு (CVD), பதங்கமாதல் எபிடாக்ஸி (SE), liquid phase epitaxy (LPE), மூலக்கூறு பீம் எபிடாக்ஸி (MBE), மேக்னட்ரான் ஸ்பட்டரிங், முதலியன. CVD என்பது 3C-SiC எபிடாக்ஸிக்கு விருப்பமான முறையாகும். அதன் கட்டுப்பாடு மற்றும் ஏற்புத்திறன் (வெப்பநிலை, வாயு ஓட்டம், அறை அழுத்தம் மற்றும் எதிர்வினை நேரம் போன்றவை, இதன் தரத்தை மேம்படுத்தலாம். எபிடாக்சியல் அடுக்கு).

இரசாயன நீராவி படிவு (CVD): Si மற்றும் C தனிமங்களைக் கொண்ட ஒரு கூட்டு வாயு எதிர்வினை அறைக்குள் அனுப்பப்பட்டு, அதிக வெப்பநிலையில் சூடுபடுத்தப்பட்டு சிதைக்கப்படுகிறது, பின்னர் Si அணுக்கள் மற்றும் C அணுக்கள் Si அடி மூலக்கூறு அல்லது 6H-SiC, 15R- மீது படிகின்றன. SiC, 4H-SiC அடி மூலக்கூறு [11]. இந்த எதிர்வினையின் வெப்பநிலை பொதுவாக 1300-1500℃ வரை இருக்கும். பொதுவான Si ஆதாரங்களில் SiH4, TCS, MTS போன்றவை அடங்கும், மேலும் C மூலங்களில் முக்கியமாக C2H4, C3H8 போன்றவை அடங்கும், H2 கேரியர் வாயுவாகும். வளர்ச்சி செயல்முறை முக்கியமாக பின்வரும் படிகளை உள்ளடக்கியது: 1. வாயு கட்ட எதிர்வினை மூலமானது முக்கிய வாயு ஓட்டத்தில் படிவு மண்டலத்திற்கு கொண்டு செல்லப்படுகிறது. 2. மெல்லிய படல முன்னோடிகள் மற்றும் துணை தயாரிப்புகளை உருவாக்க, எல்லை அடுக்கில் வாயு கட்ட எதிர்வினை ஏற்படுகிறது. 3. முன்னோடியின் மழைப்பொழிவு, உறிஞ்சுதல் மற்றும் விரிசல் செயல்முறை. 4. உறிஞ்சப்பட்ட அணுக்கள் அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பில் இடம்பெயர்ந்து புனரமைக்கப்படுகின்றன. 5. உறிஞ்சப்பட்ட அணுக்கள் அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பில் கருவாகி வளரும். 6. முக்கிய வாயு ஓட்ட மண்டலத்திற்கு எதிர்வினைக்குப் பிறகு கழிவு வாயுவின் வெகுஜன போக்குவரத்து மற்றும் எதிர்வினை அறைக்கு வெளியே எடுக்கப்படுகிறது. படம் 2 என்பது CVD [12] யின் திட்ட வரைபடமாகும்.

படம் 2 CVDயின் திட்ட வரைபடம்

பதங்கமாதல் எபிடாக்ஸி (SE) முறை: படம் 3 என்பது 3C-SiC ஐ தயாரிப்பதற்கான SE முறையின் ஒரு சோதனை கட்டமைப்பு வரைபடமாகும். முக்கிய படிகள் உயர் வெப்பநிலை மண்டலத்தில் SiC மூலத்தின் சிதைவு மற்றும் பதங்கமாதல், சப்லிமேட்டுகளின் போக்குவரத்து மற்றும் குறைந்த வெப்பநிலையில் அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பில் சப்லிமேட்டுகளின் எதிர்வினை மற்றும் படிகமாக்கல் ஆகும். விவரங்கள் பின்வருமாறு: 6H-SiC அல்லது 4H-SiC அடி மூலக்கூறு க்ரூசிபிள் மேல் வைக்கப்பட்டுள்ளது, மற்றும்உயர் தூய்மை SiC தூள்SiC மூலப்பொருளாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது மற்றும் கீழே வைக்கப்படுகிறதுகிராஃபைட் சிலுவை. ரேடியோ அதிர்வெண் தூண்டல் மூலம் க்ரூசிபிள் 1900-2100℃ க்கு வெப்பப்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் அடி மூலக்கூறு வெப்பநிலை SiC மூலத்தை விடக் குறைவாக இருக்கும்படி கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது, இது சிலுவைக்குள் ஒரு அச்சு வெப்பநிலை சாய்வை உருவாக்குகிறது, இதனால் பதங்கமாக்கப்பட்ட SiC பொருள் அடி மூலக்கூறில் ஒடுங்கி படிகமாக்குகிறது. 3C-SiC ஹீட்டோரோபிடாக்சியல் உருவாக்க.

பதங்கமாதல் எபிடாக்ஸியின் நன்மைகள் முக்கியமாக இரண்டு அம்சங்களில் உள்ளன: 1. எபிடாக்ஸி வெப்பநிலை அதிகமாக உள்ளது, இது படிக குறைபாடுகளைக் குறைக்கும்; 2. அணு மட்டத்தில் பொறிக்கப்பட்ட மேற்பரப்பைப் பெற இது பொறிக்கப்படலாம். இருப்பினும், வளர்ச்சி செயல்முறையின் போது, ​​எதிர்வினை மூலத்தை சரிசெய்ய முடியாது, மேலும் சிலிக்கான்-கார்பன் விகிதம், நேரம், பல்வேறு எதிர்வினை வரிசைகள் போன்றவற்றை மாற்ற முடியாது, இதன் விளைவாக வளர்ச்சி செயல்முறையின் கட்டுப்பாடு குறைகிறது.

படம் 3 3C-SiC எபிடாக்ஸியை வளர்ப்பதற்கான SE முறையின் திட்ட வரைபடம்

மாலிகுலர் பீம் எபிடாக்ஸி (MBE) என்பது ஒரு மேம்பட்ட மெல்லிய பட வளர்ச்சி தொழில்நுட்பமாகும், இது 4H-SiC அல்லது 6H-SiC அடி மூலக்கூறுகளில் 3C-SiC எபிடாக்சியல் அடுக்குகளை வளர்க்க ஏற்றது. இந்த முறையின் அடிப்படைக் கொள்கை: அதி-உயர் வெற்றிட சூழலில், மூல வாயுவின் துல்லியமான கட்டுப்பாட்டின் மூலம், வளர்ந்து வரும் எபிடாக்சியல் அடுக்கின் கூறுகள் ஒரு திசை அணுக் கற்றை அல்லது மூலக்கூறு கற்றை மற்றும் வெப்பமான அடி மூலக்கூறு மேற்பரப்பில் நிகழ்வதற்காக சூடேற்றப்படுகின்றன. எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி. 3C-SiC வளரும் பொதுவான நிலைமைகள்எபிடாக்சியல் அடுக்குகள்4H-SiC அல்லது 6H-SiC அடி மூலக்கூறுகள்: சிலிக்கான் நிறைந்த சூழ்நிலையில், கிராபென் மற்றும் தூய கார்பன் மூலங்கள் எலக்ட்ரான் துப்பாக்கியுடன் வாயுப் பொருட்களாக உற்சாகப்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் 1200-1350℃ எதிர்வினை வெப்பநிலையாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. 3C-SiC heteroepitaxial வளர்ச்சியை 0.01-0.1 nms-1 [13] என்ற வளர்ச்சி விகிதத்தில் பெறலாம்.

முடிவு மற்றும் எதிர்பார்ப்பு

தொடர்ச்சியான தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம் மற்றும் ஆழமான பொறிமுறை ஆராய்ச்சி மூலம், 3C-SiC ஹீட்டோரோபிடாக்சியல் தொழில்நுட்பம் குறைக்கடத்தி துறையில் மிக முக்கிய பங்கு வகிக்கும் மற்றும் அதிக திறன் கொண்ட மின்னணு சாதனங்களின் வளர்ச்சியை ஊக்குவிக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, குறைந்த குறைபாடு அடர்த்தியை பராமரிக்கும் போது வளர்ச்சி விகிதத்தை அதிகரிக்க HCl வளிமண்டலத்தை அறிமுகப்படுத்துவது போன்ற புதிய வளர்ச்சி நுட்பங்கள் மற்றும் உத்திகளை தொடர்ந்து ஆராய்வது எதிர்கால ஆராய்ச்சியின் திசையாகும்; குறைபாடு உருவாக்கும் பொறிமுறையின் ஆழமான ஆராய்ச்சி, மேலும் துல்லியமான குறைபாடு கட்டுப்பாட்டை அடைவதற்கும் பொருள் பண்புகளை மேம்படுத்துவதற்கும், ஃபோட்டோலுமினென்சென்ஸ் மற்றும் கேத்தோலுமினென்சென்ஸ் பகுப்பாய்வு போன்ற மேம்பட்ட குணாதிசய நுட்பங்களை உருவாக்குதல்; உயர்தர தடிமனான ஃபிலிம் 3C-SiC இன் விரைவான வளர்ச்சி உயர் மின்னழுத்த சாதனங்களின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்கான திறவுகோலாகும், மேலும் வளர்ச்சி விகிதம் மற்றும் பொருள் சீரான தன்மைக்கு இடையே உள்ள சமநிலையைக் கடக்க மேலும் ஆராய்ச்சி தேவை; SiC/GaN போன்ற பன்முக கட்டமைப்புகளில் 3C-SiC இன் பயன்பாட்டுடன் இணைந்து, பவர் எலக்ட்ரானிக்ஸ், ஆப்டோ எலக்ட்ரானிக் ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் குவாண்டம் தகவல் செயலாக்கம் போன்ற புதிய சாதனங்களில் அதன் சாத்தியமான பயன்பாடுகளை ஆராயுங்கள்.

குறிப்புகள்:

[1] Nishino S , Hazuki Y , Matsunami H , et al. சிங்கிள் கிரிஸ்டலின் β-SiC ஃபிலிம்களின் இரசாயன நீராவி படிவு சிலிக்கான் அடி மூலக்கூறுடன் Sputtered SiC இன்டர்மீடியட் லேயர்[J]. ஜர்னல் ஆஃப் தி எலக்ட்ரோகெமிக்கல் சொசைட்டி, 1980, 127(12):2674-2680.

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun மற்றும் பலர் சிலிக்கான்-அடிப்படையிலான சிலிக்கான் கார்பைடு மெல்லிய படங்களின் வளர்ச்சி பற்றிய ஆராய்ச்சி [J], 2002, 022(001):58-60. .

[3] An Xia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, et al. ..

[4] செகி கே, அலெக்சாண்டர், கோசாவா எஸ், மற்றும் பலர். தீர்வு வளர்ச்சியில்[J] சூப்பர்சாச்சுரேஷன் கட்டுப்பாட்டின் மூலம் SiC இன் பாலிடைப்-தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட வளர்ச்சி. ஜர்னல் ஆஃப் கிரிஸ்டல் க்ரோத், 2012, 360:176-180.

[5] Chen Yao, Zhao Fuqiang, Zhu Bingxian, He Shuai உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் சிலிக்கான் கார்பைடு சக்தி சாதனங்களின் மேம்பாடு [J] வாகனம் மற்றும் ஆற்றல் தொழில்நுட்பம், 2020: 49-54.

[6] மேம்படுத்தப்பட்ட உருவவியல்[J] உடன் 4H-SiC அடி மூலக்கூறுகளில் 3C-SiC அடுக்குகளின் Li X, Wang G .CVD வளர்ச்சி. சாலிட் ஸ்டேட் கம்யூனிகேஷன்ஸ், 2023:371.

[7] ஹூ கைவென் 3C-SiC வளர்ச்சியில் அதன் பயன்பாடு பற்றிய ஆய்வு, 2018.

[8]லார்ஸ், ஹில்லர், தாமஸ், மற்றும் பலர். 3C-SiC(100) Mesa Structures[J] ECR-எட்ச்சிங்கில் ஹைட்ரஜன் விளைவுகள். பொருட்கள் அறிவியல் மன்றம், 2014.

[9] 3C-SiC மெல்லிய படலத்தை லேசர் வேதியியல் படிவு மூலம் தயாரித்தல் [D] வுஹான் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகம், 2016.

[10] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K , மற்றும் பலர்

[11] Xin Bin 3C/4H-SiC ஹீட்டோரோபிடாக்சியல் வளர்ச்சியை அடிப்படையாகக் கொண்டது: குறைபாடு தன்மை மற்றும் பரிணாமம் [D] மின்னணு அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பம்.

[12] டோங் லின், பெரிய பகுதி பல-செதில் எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி தொழில்நுட்பம் மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைட்டின் இயற்பியல் பண்புக்கூறு [D] அறிவியல் பல்கலைக்கழகம், 2014.

[13] டயானி எம், சைமன் எல், குப்லர் எல், மற்றும் பலர். 6H-SiC(0001) அடி மூலக்கூறு[J] மீது 3C-SiC பாலிடைப்பின் படிக வளர்ச்சி. ஜர்னல் ஆஃப் கிரிஸ்டல் க்ரோத், 2002, 235(1):95-102.