1 परिचय
दशकों के शोध के बावजूद, सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स पर उगाए गए हेटेरोएपिटैक्सियल 3C-SiC ने अभी तक औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त क्रिस्टल गुणवत्ता हासिल नहीं की है। विकास आम तौर पर Si(100) या Si(111) सबस्ट्रेट्स पर किया जाता है, प्रत्येक अलग-अलग चुनौतियां पेश करता है: (100) के लिए एंटीफ़ेज़ डोमेन और (111) के लिए क्रैकिंग। जबकि [111]-उन्मुख फिल्में कम दोष घनत्व, बेहतर सतह आकारिकी और कम तनाव जैसी आशाजनक विशेषताओं का प्रदर्शन करती हैं, वैकल्पिक अभिविन्यास जैसे (110) और (211) का अध्ययन कम किया गया है। मौजूदा डेटा से पता चलता है कि इष्टतम विकास की स्थिति अभिविन्यास-विशिष्ट हो सकती है, जो व्यवस्थित जांच को जटिल बनाती है। विशेष रूप से, 3C-SiC हेटेरोएपिटेक्सी के लिए उच्च-मिलर-इंडेक्स Si सबस्ट्रेट्स (जैसे, (311), (510)) का उपयोग कभी भी रिपोर्ट नहीं किया गया है
2. प्रायोगिक
3C-SiC परतों को SiH4/C3H8/H2 पूर्ववर्ती गैसों का उपयोग करके वायुमंडलीय-दाब रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) के माध्यम से निक्षेपित किया गया। सब्सट्रेट 1 सेमी² आकार के Si वेफर्स थे जिनके विभिन्न अभिविन्यास थे: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), और (995)। (100) को छोड़कर सभी सब्सट्रेट अक्ष पर थे, जहाँ 2° कटे हुए वेफर्स का अतिरिक्त परीक्षण किया गया था। वृद्धि-पूर्व सफाई में मेथनॉल में अल्ट्रासोनिक डीग्रीजिंग शामिल थी। वृद्धि प्रोटोकॉल में 1000°C पर H2 एनीलिंग के माध्यम से मूल ऑक्साइड को हटाना, उसके बाद एक मानक दो-चरणीय प्रक्रिया शामिल थी: 12 sccm C3H8 के साथ 1165°C पर 10 मिनट के लिए कार्बराइजेशन, फिर 1.5 sccm SiH4 और 2 sccm C3H8 का उपयोग करके 1350°C (C/Si अनुपात = 4) पर 60 मिनट के लिए एपिटेक्सी। प्रत्येक वृद्धि क्रम में कम से कम एक (100) संदर्भ वेफर के साथ चार से पाँच अलग-अलग Si अभिविन्यास शामिल थे।
3) परिणाम और चर्चा
विभिन्न Si सबस्ट्रेट्स (चित्र 1) पर उगाई गई 3C-SiC परतों की आकारिकी ने अलग-अलग सतह विशेषताओं और खुरदरापन को दिखाया। दृश्यमान रूप से, Si(100), (211), (311), (553), और (995) पर उगाए गए नमूने दर्पण जैसे दिखाई दिए, जबकि अन्य दूधिया ((331), (510)) से लेकर धुंधले ((110), (111)) तक थे। सबसे चिकनी सतहें (सबसे बेहतरीन सूक्ष्म संरचना दिखाती हैं) (100)2° ऑफ और (995) सबस्ट्रेट्स पर प्राप्त की गईं। उल्लेखनीय रूप से, सभी परतें ठंडा होने के बाद दरार-मुक्त रहीं, जिसमें आमतौर पर तनाव-प्रवण 3C-SiC(111) भी शामिल है। सीमित नमूना आकार ने दरार को रोका हो सकता है Si(111), (211), और (553) सब्सट्रेट पर उगाई गई अत्यधिक झुकी हुई परतों ने तन्य तनाव को इंगित करते हुए अवतल आकार प्रदर्शित किए, जिन्हें क्रिस्टलोग्राफिक अभिविन्यास के साथ सहसंबंधित करने के लिए आगे प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक कार्य की आवश्यकता थी।
चित्र 1 विभिन्न अभिविन्यासों के साथ Si सब्सट्रेट पर उगाई गई 3C-SC परतों के XRD और AFM (20×20 μ m2 पर स्कैनिंग) परिणामों को सारांशित करता है।
परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी (एएफएम) छवियों (चित्र 2) ने प्रकाशिक प्रेक्षणों की पुष्टि की। मूल-माध्य-वर्ग (आरएमएस) मानों ने (100)2° दूर और (995) सब्सट्रेट्स पर सबसे चिकनी सतहों की पुष्टि की, जिनमें 400-800 एनएम पार्श्व आयामों वाली दानेदार संरचनाएँ थीं। (110)-विकसित परत सबसे खुरदरी थी, जबकि अन्य अभिविन्यासों ((331), (510)) में कभी-कभी तीक्ष्ण सीमाओं के साथ लम्बी और/या समानांतर आकृतियाँ दिखाई दीं। एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) θ-2θ स्कैन (सारणी 1 में संक्षेपित) ने निम्न-मिलर-सूचकांक सब्सट्रेट्स के लिए सफल हेटेरोएपिटेक्सी प्रकट की, सिवाय Si(110) के, जिसमें मिश्रित 3C-SiC(111) और (110) शिखर दिखाई दिए जो बहुक्रिस्टलीयता का संकेत देते हैं। यह अभिविन्यास मिश्रण पहले Si(110) के लिए रिपोर्ट किया गया है, हालाँकि कुछ अध्ययनों में अनन्य (111)-उन्मुख 3C-SiC देखा गया है, जो दर्शाता है कि वृद्धि की स्थिति का अनुकूलन महत्वपूर्ण है। मिलर सूचकांक ≥5 ((510), (553), (995)) के लिए, मानक θ-2θ विन्यास में कोई XRD शिखर नहीं पाए गए क्योंकि ये उच्च-सूचकांक तल इस ज्यामिति में गैर-विवर्तक होते हैं। निम्न-सूचकांक 3C-SiC शिखरों (जैसे, (111), (200)) की अनुपस्थिति एकल-क्रिस्टलीय वृद्धि का संकेत देती है, जिसके लिए निम्न-सूचकांक तलों से विवर्तन का पता लगाने के लिए नमूने को झुकाना आवश्यक होता है।
चित्र 2 सी.एफ.सी. क्रिस्टल संरचना के भीतर समतल कोण की गणना दर्शाता है।
उच्च-सूचकांक और निम्न-सूचकांक तलों (सारणी 2) के बीच परिकलित क्रिस्टलोग्राफिक कोणों ने बड़े विचलन (>10°) दर्शाए, जो मानक θ-2θ स्कैन में उनकी अनुपस्थिति को स्पष्ट करते हैं। इसलिए, (995)-उन्मुख नमूने पर ध्रुव आकृति विश्लेषण किया गया, क्योंकि इसकी असामान्य कणिका आकारिकी (संभावित रूप से स्तंभाकार वृद्धि या युग्मन के कारण) और कम खुरदरापन था। Si सब्सट्रेट और 3C-SiC परत से प्राप्त (111) ध्रुव आकृतियाँ (चित्र 3) लगभग समान थीं, जो युग्मन के बिना उपकला वृद्धि की पुष्टि करती हैं। केंद्रीय बिंदु χ≈15° पर दिखाई दिया, जो सैद्धांतिक (111)-(995) कोण से मेल खाता है। अपेक्षित स्थानों (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° और 33.6°) पर तीन सममिति-समतुल्य धब्बे दिखाई दिए, हालाँकि χ=62°/φ=93.3° पर एक अप्रत्याशित कमज़ोर धब्बे की और जाँच की आवश्यकता है। φ-स्कैन में धब्बे की चौड़ाई के माध्यम से आंकी गई क्रिस्टलीय गुणवत्ता आशाजनक प्रतीत होती है, हालाँकि परिमाणीकरण के लिए रॉकिंग वक्र माप की आवश्यकता है। (510) और (553) नमूनों के ध्रुव आँकड़ों को उनकी अनुमानित उपकला प्रकृति की पुष्टि के लिए पूरा किया जाना बाकी है।
चित्र 3 (995) उन्मुख नमूने पर दर्ज एक्सआरडी शिखर आरेख दिखाता है, जो Si सब्सट्रेट (a) और 3C-SiC परत (b) के (111) विमानों को प्रदर्शित करता है।
4. निष्कर्ष
विषम-एपिटेक्सियल 3C-SiC वृद्धि अधिकांश Si अभिविन्यासों पर सफल रही, सिवाय (110) के, जिससे बहुक्रिस्टलीय पदार्थ प्राप्त हुआ। Si(100)2° दूर और (995) सब्सट्रेट्स ने सबसे चिकनी परतें (RMS <1 nm) उत्पन्न कीं, जबकि (111), (211), और (553) में महत्वपूर्ण झुकाव (30-60 μm) देखा गया। उच्च-सूचकांक सब्सट्रेट्स के लिए θ-2θ शिखरों की अनुपस्थिति के कारण एपिटेक्सी की पुष्टि हेतु उन्नत XRD अभिलक्षणन (जैसे, ध्रुव आकृतियाँ) की आवश्यकता होती है। इस खोजपूर्ण अध्ययन को पूरा करने के लिए चल रहे कार्य में रॉकिंग वक्र मापन, रमन प्रतिबल विश्लेषण, और अतिरिक्त उच्च-सूचकांक अभिविन्यासों की ओर विस्तार शामिल है।
एक ऊर्ध्वाधर रूप से एकीकृत निर्माता के रूप में, XKH सिलिकॉन कार्बाइड सबस्ट्रेट्स के एक व्यापक पोर्टफोलियो के साथ पेशेवर रूप से अनुकूलित प्रसंस्करण सेवाएँ प्रदान करता है, जिसमें 4H/6H-N, 4H-सेमी, 4H/6H-P, और 3C-SiC सहित मानक और विशिष्ट प्रकार शामिल हैं, जो 2 इंच से 12 इंच व्यास में उपलब्ध हैं। क्रिस्टल विकास, सटीक मशीनिंग और गुणवत्ता आश्वासन में हमारी संपूर्ण विशेषज्ञता पावर इलेक्ट्रॉनिक्स, आरएफ और उभरते अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित समाधान सुनिश्चित करती है।
पोस्ट करने का समय: अगस्त-08-2025