3C SiC को विकास इतिहास

को एक महत्वपूर्ण रूप को रूप मासिलिकन कार्बाइडको विकास इतिहास3C-SiCअर्धचालक भौतिक विज्ञानको निरन्तर प्रगति प्रतिबिम्बित गर्दछ। 1980 मा, निशिनो et al। रासायनिक भाप डिपोजिसन (CVD) [१] द्वारा सिलिकन सब्सट्रेटहरूमा पहिलो पटक 4um 3C-SiC पातलो फिल्महरू प्राप्त गरियो, जसले 3C-SiC पातलो फिल्म टेक्नोलोजीको लागि जग खडा गर्यो।

1990 को दशक SiC अनुसन्धानको स्वर्ण युग थियो। क्री रिसर्च इंक.ले 1991 र 1994 मा क्रमशः 6H-SiC र 4H-SiC चिपहरू लन्च गर्‍यो, जसको व्यावसायीकरणलाई बढावा दिईयो।SiC अर्धचालक यन्त्रहरू। यस अवधिमा भएको प्राविधिक प्रगतिले पछिको अनुसन्धान र 3C-SiC को प्रयोगको लागि जग खडा गर्यो।

21 औं शताब्दीको प्रारम्भमा,घरेलु सिलिकन-आधारित SiC पातलो फिल्महरूपनि एक हदसम्म विकास भयो। ये Zhizhen et al। 2002 मा कम तापमान अवस्था अन्तर्गत CVD द्वारा सिलिकन-आधारित SiC पातलो फिल्महरू तयार पारियो [2]। 2001 मा, An Xia et al। कोठाको तापक्रममा म्याग्नेट्रोन स्पटरिङद्वारा सिलिकनमा आधारित SiC पातलो फिल्महरू तयार पारियो [3]।

यद्यपि, Si को जाली स्थिरता र SiC (लगभग 20%) बीचको ठूलो भिन्नताको कारण, 3C-SiC एपिटाक्सियल तहको दोष घनत्व अपेक्षाकृत उच्च छ, विशेष गरी DPB जस्ता जुम्ल्याहा दोष। जाली बेमेल कम गर्नको लागि, शोधकर्ताहरूले 6H-SiC, 15R-SiC वा 4H-SiC (0001) सतहमा सब्सट्रेटको रूपमा 3C-SiC epitaxial तह बढाउन र दोष घनत्व कम गर्न प्रयोग गर्छन्। उदाहरण को लागी, 2012 मा, Seki, Kazuaki et al। डायनामिक पोलिमोर्फिक एपिटेक्सी कन्ट्रोल टेक्नोलोजी प्रस्तावित गरियो, जसले सुपरस्याचुरेसन [४-५] लाई नियन्त्रण गरेर ६H-SiC (0001) सतहको बीजमा 3C-SiC र 6H-SiC को बहुरूपी चयनात्मक वृद्धिलाई महसुस गर्छ। 2023 मा, Xun Li जस्ता अनुसन्धानकर्ताहरूले विकास र प्रक्रियालाई अनुकूलन गर्न CVD विधि प्रयोग गरे, र सफलतापूर्वक एक सहज 3C-SiC प्राप्त गरे।epitaxial तह14um/h को वृद्धि दरमा 4H-SiC सब्सट्रेटमा सतहमा कुनै DPB दोषहरू बिना[6]।

3C SiC को क्रिस्टल संरचना र अनुप्रयोग क्षेत्रहरू

धेरै SiCD पोलिटाइपहरू मध्ये, 3C-SiC मात्र क्यूबिक पोलिटाइप हो, जसलाई β-SiC पनि भनिन्छ। यस क्रिस्टल संरचनामा, Si र C परमाणुहरू जालीमा एक-देखि-एक अनुपातमा अवस्थित छन्, र प्रत्येक परमाणु चार विषम परमाणुहरूले घेरिएको छ, बलियो सहसंयोजक बन्धनहरूसँग टेट्राहेड्रल संरचनात्मक एकाइ बनाउँछ। 3C-SiC को संरचनात्मक विशेषता भनेको Si-C डायटोमिक तहहरू बारम्बार ABC-ABC-… को क्रममा व्यवस्थित हुन्छन्, र प्रत्येक एकाइ सेलमा तीनवटा यस्ता डायटोमिक तहहरू हुन्छन्, जसलाई C3 प्रतिनिधित्व भनिन्छ; 3C-SiC को क्रिस्टल संरचना तलको चित्रमा देखाइएको छ:

चित्र 1 3C-SiC को क्रिस्टल संरचना

हाल, सिलिकन (Si) पावर उपकरणहरूको लागि सबैभन्दा सामान्य रूपमा प्रयोग हुने अर्धचालक सामग्री हो। यद्यपि, Si को प्रदर्शनको कारण, सिलिकन-आधारित पावर उपकरणहरू सीमित छन्। 4H-SiC र 6H-SiC सँग तुलना गर्दा, 3C-SiC सँग उच्चतम कोठाको तापक्रम सैद्धान्तिक इलेक्ट्रोन गतिशीलता (1000 cm·V-1·S-1) छ, र MOS उपकरण अनुप्रयोगहरूमा थप फाइदाहरू छन्। एकै समयमा, 3C-SiC मा उच्च ब्रेकडाउन भोल्टेज, राम्रो थर्मल चालकता, उच्च कठोरता, चौडा ब्यान्डग्याप, उच्च तापमान प्रतिरोध, र विकिरण प्रतिरोध जस्ता उत्कृष्ट गुणहरू छन्। तसर्थ, योसँग इलेक्ट्रोनिक्स, अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स, सेन्सरहरू, र चरम परिस्थितिहरूमा एप्लिकेसनहरूमा ठूलो सम्भावना छ, सम्बन्धित प्रविधिहरूको विकास र नवाचारलाई बढावा दिँदै, र धेरै क्षेत्रहरूमा व्यापक अनुप्रयोग क्षमता देखाउँदै:

पहिलो: विशेष गरी उच्च भोल्टेज, उच्च फ्रिक्वेन्सी र उच्च तापमान वातावरणमा, उच्च ब्रेकडाउन भोल्टेज र 3C-SiC को उच्च इलेक्ट्रोन गतिशीलताले यसलाई MOSFET [७] जस्ता पावर उपकरणहरू निर्माण गर्नको लागि एक आदर्श विकल्प बनाउँछ। दोस्रो: नानोइलेक्ट्रोनिक्स र माइक्रोइलेक्ट्रोमेकानिकल प्रणाली (MEMS) मा 3C-SiC को अनुप्रयोगले सिलिकन टेक्नोलोजीसँग यसको अनुकूलताबाट फाइदा लिन्छ, नानोइलेक्ट्रोनिक्स र नानोइलेक्ट्रोमेकानिकल उपकरणहरू जस्ता नानोस्केल संरचनाहरू निर्माण गर्न अनुमति दिँदै [8]। तेस्रो: फराकिलो ब्यान्डग्याप अर्धचालक सामग्रीको रूपमा, 3C-SiC निर्माणको लागि उपयुक्त छ।नीलो प्रकाश उत्सर्जक डायोड(एलईडी)। प्रकाश, डिस्प्ले टेक्नोलोजी र लेजरहरूमा यसको अनुप्रयोगले यसको उच्च चमकदार दक्षता र सजिलो डोपिङको कारणले ध्यान आकर्षित गरेको छ [9]। चौथो: एकै समयमा, 3C-SiC स्थिति-संवेदनशील डिटेक्टरहरू निर्माण गर्न प्रयोग गरिन्छ, विशेष गरी पार्श्व फोटोभोल्टिक प्रभावमा आधारित लेजर पोइन्ट स्थिति-संवेदनशील डिटेक्टरहरू, जसले शून्य पूर्वाग्रह अवस्थाहरूमा उच्च संवेदनशीलता देखाउँदछ र सटीक स्थितिको लागि उपयुक्त हुन्छ [१०] ।

3. 3C SiC heteroepitaxy को तयारी विधि

3C-SiC heteroepitaxy को मुख्य वृद्धि विधिहरू समावेश छन्रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD), उदात्तीकरण एपिटेक्सी (SE), तरल चरण एपिटेक्सी (LPE), आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE), म्याग्नेट्रोन स्पटरिङ, इत्यादि। CVD यसको नियन्त्रण योग्यता र अनुकूलनता (जस्तै तापक्रम, ग्यास प्रवाह, चेम्बरको दबाब र प्रतिक्रिया समयको कारणले 3C-SiC epitaxy को लागि रुचाइएको विधि हो, जसले गुणस्तरलाई अनुकूलन गर्न सक्छ। एपिटेक्सियल तह)।

रासायनिक वाष्प निक्षेप (CVD): Si र C तत्वहरू भएको यौगिक ग्यासलाई प्रतिक्रिया कक्षमा पठाइन्छ, उच्च तापक्रममा तताएर विघटन गरिन्छ, र त्यसपछि Si परमाणुहरू र C परमाणुहरू Si सब्सट्रेट, वा 6H-SiC, 15R- मा अवक्षेपित हुन्छन्। SiC, 4H-SiC सब्सट्रेट [११]। यो प्रतिक्रिया को तापमान सामान्यतया 1300-1500 ℃ बीच छ। साधारण Si स्रोतहरूमा SiH4, TCS, MTS, आदि, र C स्रोतहरूमा मुख्य रूपमा C2H4, C3H8, आदि समावेश छन्, H2 वाहक ग्यासको रूपमा। वृद्धि प्रक्रियाले मुख्यतया निम्न चरणहरू समावेश गर्दछ: 1. ग्यास चरण प्रतिक्रिया स्रोत मुख्य ग्यास प्रवाहमा निक्षेप क्षेत्रमा सारिएको छ। 2. ग्यास चरण प्रतिक्रिया पातलो फिल्म पूर्ववर्ती र उप-उत्पादनहरू उत्पन्न गर्न सीमा तहमा हुन्छ। 3. पूर्ववर्तीको अवक्षेपण, अवशोषण र क्र्याकिंग प्रक्रिया। 4. अवशोषित परमाणुहरू माइग्रेट हुन्छन् र सब्सट्रेट सतहमा पुनर्निर्माण हुन्छन्। 5. शोषित परमाणुहरू न्यूक्लियट हुन्छन् र सब्सट्रेट सतहमा बढ्छन्। 6. मुख्य ग्यास प्रवाह क्षेत्र मा प्रतिक्रिया पछि फोहोर ग्यास को सामूहिक परिवहन र प्रतिक्रिया कक्ष बाहिर निकालिएको छ। चित्र २ CVD [१२] को योजनाबद्ध रेखाचित्र हो।

चित्र २ CVD को योजनाबद्ध रेखाचित्र

Sublimation epitaxy (SE) विधि: चित्र 3 3C-SiC तयारीको लागि SE विधिको प्रयोगात्मक संरचना रेखाचित्र हो। मुख्य चरणहरू उच्च तापक्रम क्षेत्रमा SiC स्रोतको विघटन र उदात्तीकरण, sublimates को यातायात, र कम तापमान मा सब्सट्रेट सतह मा sublimates को प्रतिक्रिया र क्रिस्टलाइजेशन हो। विवरणहरू निम्नानुसार छन्: 6H-SiC वा 4H-SiC सब्सट्रेट क्रूसिबलको शीर्षमा राखिएको छ, रउच्च शुद्धता SiC पाउडरSiC कच्चा मालको रूपमा प्रयोग गरिन्छ र तल राखिएको छग्रेफाइट क्रूसिबल। क्रुसिबललाई रेडियो फ्रिक्वेन्सी इन्डक्सनद्वारा 1900-2100 ℃ मा तताइन्छ, र सब्सट्रेटको तापक्रम SiC स्रोत भन्दा कम हुन नियन्त्रण गरिन्छ, क्रुसिबल भित्र एक अक्षीय तापमान ढाँचा बनाउँछ, ताकि sublimated SiC सामग्री सब्सट्रेटमा गाढा र क्रिस्टलाइज हुन सक्छ। 3C-SiC heteroepitaxial गठन गर्न।

सबलिमेशन एपिटाक्सीका फाइदाहरू मुख्यतया दुईवटा पक्षमा छन्: 1. एपिटाक्सी तापमान उच्च छ, जसले क्रिस्टल दोषहरू कम गर्न सक्छ; 2. यो आणविक स्तर मा एक नक्काशी सतह प्राप्त गर्न नक्काशी गर्न सकिन्छ। यद्यपि, वृद्धि प्रक्रियाको क्रममा, प्रतिक्रियाको स्रोत समायोजन गर्न सकिँदैन, र सिलिकन-कार्बन अनुपात, समय, विभिन्न प्रतिक्रिया अनुक्रमहरू, आदि परिवर्तन गर्न सकिँदैन, परिणामस्वरूप वृद्धि प्रक्रियाको नियन्त्रणमा कमी आउँछ।

चित्र 3 3C-SiC एपिटाक्सी बढ्नको लागि SE विधिको योजनाबद्ध रेखाचित्र

आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE) एक उन्नत पातलो फिल्म वृद्धि प्रविधि हो, जुन 4H-SiC वा 6H-SiC सब्सट्रेटहरूमा 3C-SiC एपिटेक्सियल तहहरू बढ्नको लागि उपयुक्त छ। यस विधिको आधारभूत सिद्धान्त हो: अति-उच्च भ्याकुम वातावरणमा, स्रोत ग्यासको सटीक नियन्त्रण मार्फत, बढ्दो एपिटेक्सियल तहका तत्वहरूलाई दिशात्मक आणविक किरण वा आणविक बीम बनाउनको लागि तताइन्छ र तातो सब्सट्रेट सतहमा घटना हुन्छ। epitaxial वृद्धि। 3C-SiC बढ्नको लागि सामान्य अवस्थाहरूएपिटेक्सियल तहहरू4H-SiC वा 6H-SiC सब्सट्रेटहरूमा निम्न हुन्: सिलिकन युक्त अवस्थाहरूमा, ग्राफिन र शुद्ध कार्बन स्रोतहरू इलेक्ट्रोन बन्दुकको साथ ग्यासयुक्त पदार्थहरूमा उत्तेजित हुन्छन्, र 1200-1350 ℃ प्रतिक्रिया तापमानको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। 3C-SiC heteroepitaxial वृद्धि 0.01-0.1 nms-1 [13] को वृद्धि दरमा प्राप्त गर्न सकिन्छ।

निष्कर्ष र संभावना

निरन्तर प्राविधिक प्रगति र गहिरो संयन्त्र अनुसन्धान मार्फत, 3C-SiC heteroepitaxial टेक्नोलोजीले अर्धचालक उद्योगमा अझ महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्ने र उच्च दक्षता इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको विकासलाई बढावा दिने अपेक्षा गरिएको छ। उदाहरणका लागि, न्यून दोष घनत्व कायम राख्दै विकास दर बढाउन HCl वातावरणको परिचय दिने जस्ता नयाँ विकास प्रविधिहरू र रणनीतिहरू अन्वेषण गर्न जारी राख्नु, भविष्यको अनुसन्धानको दिशा हो; दोष निर्माण संयन्त्रमा गहिरो अनुसन्धान, र अधिक सटीक दोष नियन्त्रण प्राप्त गर्न र सामग्री गुणहरू अनुकूलन गर्न फोटोलुमिनेसेन्स र क्याथोडोलुमिनेसेन्स विश्लेषण जस्ता थप उन्नत चरित्रीकरण प्रविधिहरूको विकास; उच्च-गुणस्तरको बाक्लो फिल्म 3C-SiC को द्रुत बृद्धि उच्च-भोल्टेज उपकरणहरूको आवश्यकताहरू पूरा गर्ने कुञ्जी हो, र वृद्धि दर र सामग्री एकरूपता बीचको सन्तुलन हटाउन थप अनुसन्धान आवश्यक छ; SiC/GaN जस्ता विषम संरचनाहरूमा 3C-SiC को आवेदनसँग मिलाएर, पावर इलेक्ट्रोनिक्स, अप्टोइलेक्ट्रोनिक एकीकरण र क्वान्टम सूचना प्रशोधन जस्ता नयाँ उपकरणहरूमा यसको सम्भावित अनुप्रयोगहरू अन्वेषण गर्नुहोस्।

सन्दर्भ:

[१] निशिनो एस, हाजुकी वाई, मात्सुनामी एच, एट अल। सिलिकन सब्सट्रेटमा स्पटर्ड SiC मध्यवर्ती तह [J]। इलेक्ट्रोकेमिकल सोसाइटी, 1980, 127(12):2674-2680 को जर्नल।

[२] ये झिझेन, वांग याडोंग, ह्वांग जिंगयुन, एट अल सिलिकन-आधारित सिलिकन कार्बाइड पातलो फिल्महरूको अनुसन्धान, 2002, 022(001): 58-60। ।

[३] An Xia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, et al magnetron sputtering द्वारा (111) Si substrate [J] को शेडोंग सामान्य विश्वविद्यालय: प्राकृतिक विज्ञान संस्करण, 2001: 382-38। ..

[४] सेकी के, अलेक्जेंडर, कोजावा एस, एट अल। समाधान वृद्धि [J] मा सुपरस्याचुरेसन नियन्त्रण द्वारा SiC को पोलिटाइप-चयनित वृद्धि। क्रिस्टल ग्रोथको जर्नल, २०१२, ३६०:१७६-१८०।

[५] चेन याओ, झाओ फुकियाङ, हे शुआइ स्वदेश र विदेशमा सिलिकन कार्बाइड पावर यन्त्रहरूको विकासको अवलोकन, २०२०: ४९-५४।

[६] Li X , Wang G .CVD वृद्धि 4H-SiC सब्सट्रेटहरूमा 3C-SiC तहहरूमा सुधारिएको आकारविज्ञान [J]। ठोस राज्य संचार, 2023:371।

[७] हौ काइवेन सिआन युनिभर्सिटी अफ टेक्नोलोजी, 2018 मा 3C-SiC वृद्धिमा अनुसन्धान।

[८]लार्स, हिलर, थोमस, एट अल। 3C-SiC(100) मेसा संरचनाहरूको ECR-Etching मा हाइड्रोजन प्रभावहरू[J]। सामग्री विज्ञान फोरम, 2014।

[९] Xu Qingfang लेजर रासायनिक वाष्प निक्षेप [D] द्वारा 3C-SiC पातलो फिल्महरू, 2016।

[१०] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K , et al.3C-SiC/Si Heterostructure: फोटोभोल्टिक प्रभाव[J] मा आधारित स्थिति-संवेदनशील डिटेक्टरहरूको लागि उत्कृष्ट प्लेटफर्म।

[११] Xin Bin 3C/4H-SiC heteroepitaxial वृद्धि CVD प्रक्रियामा आधारित: दोष विशेषता र विकास [D] इलेक्ट्रोनिक विज्ञान र प्रविधि।

[१२] ठूलो-क्षेत्र बहु-वेफर एपिटेक्सियल विकास प्रविधि र सिलिकन कार्बाइड [डी] विश्वविद्यालयको विज्ञान एकेडेमी, 2014।

[१३] डियानी एम, साइमन एल, कुबलर एल, एट अल। 6H-SiC(0001) सब्सट्रेट [J] मा 3C-SiC पोलिटाइपको क्रिस्टल वृद्धि। क्रिस्टल ग्रोथको जर्नल, 2002, 235(1):95-102।