Историја развоја 3Ц СиЦ

Као важан обликсилицијум карбида, историја развоја3Ц-СИCодражава континуирани напредак науке о полуводичкој материјали. Током 1980-их, Нисхино и др. Прво добијено 4УМ 3Ц-СИЦ танки филмови на силиконским подлогама хемијским таложењем паре (ЦВД) [1], који је поставио темељ за 3Ц-СИЦ танко филмску технологију.

Деведесетих је било златно доба истраживања СИЦ-а. Црее Ресеарцх Инц. Лансирао је 6Х-СИЦ и 4Х-СИЦ чипс 1991. и 1994. године, промовисање комерцијализацијеСиЦ полупроводнички уређаји. Технолошки напредак у овом периоду положио је темељ за наредне истраживања и примену 3Ц-СИЦ-а.

Почетком 21. века,домаће сички сиц танке филмоветакође се развило у одређеној мери. Ие зхизхен ет ал. Припремили сички на бази сикона од стране ЦВД-а под условима ниског температуре у 2002 [2]. 2001. године, Ксиа ет ал. Припремили сички танки филмови на бази силицијума од стране магнетрон који гуши на собној температури [3].

Међутим, због велике разлике између констанције решетке Сића (око 20%), густина оштећења 3Ц-СИЦ-а је релативно висока, нарочито квар двоструке везе као што је ДПБ. Да би се смањила неусклађеност решетке, истраживачи користе 6Х-СИЦ, 15Р-СИЦ или 4Х-СИЦ на (0001) подлогу за узгој 3Ц-СИЦ епитаксијалног слоја и смањење густине оштећења. На пример, у 2012. години, Секи, Казуаки и др. Предложена динамична технологија контроле полиморфне епитаксије, која реализује полиморфни селективни раст 3Ц-СИЦ и 6Х-СИЦ-а на површинском сементу 6Х-СИЦ (0001) контролом суперсасурације [4-5]. У 2023. години, истраживачи попут КСУН ЛИ користили су ЦВД методу да оптимизирају раст и процес и успешно сте добили глатку 3Ц-СИЦепитаксијални слојбез ДПБ дефеката на површини на 4Х-СиЦ супстрату при брзини раста од 14ум/х[6].

Кристална структура и наношење поља 3Ц СИЦ

Међу многим СИЦД политиповима, 3Ц-СИЦ је једини кубни политип, познат и као β-сиц. У овој кристалној структури, СИ и Ц атоми постоје у односу једноструке на један на један у решетки, а сваки атом је окружен четири хетерогена атома, формирајући тетраедралну структурну јединицу са јаким ковалентним обвезницама. Структурна карактеристика 3Ц-СИЦ-а је да се Си-Ц дијатомични слојеви више пута уређују редоследом АБЦ-АБЦ-... ... и свака јединична ћелија садржи три таква дијатомична слоја, што се назива Ц3 представљање; Кристална структура 3Ц-СИЦ-а приказана је на слици испод:

Слика 1 Кристална структура 3Ц-СиЦ

Тренутно је силицијум (Си) најчешће коришћени полупроводнички материјал за енергетске уређаје. Међутим, због перформанси Си, уређаји за напајање на бази силицијума су ограничени. У поређењу са 4Х-СиЦ и 6Х-СиЦ, 3Ц-СиЦ има највећу теоријску покретљивост електрона на собној температури (1000 цм·В-1·С-1) и има више предности у апликацијама МОС уређаја. У исто време, 3Ц-СиЦ такође има одлична својства као што су висок напон пробоја, добра топлотна проводљивост, висока тврдоћа, широк појас, отпорност на високе температуре и отпорност на зрачење. Због тога има велики потенцијал у електроници, оптоелектроници, сензорима и апликацијама у екстремним условима, промовишући развој и иновације сродних технологија и показује широк потенцијал примене у многим областима:

Прво: Нарочито у окружењима високог напона, високе фреквенције и високе температуре, високи напон пробоја и висока мобилност електрона 3Ц-СиЦ чине га идеалним избором за производњу енергетских уређаја као што је МОСФЕТ [7]. Друго: Примена 3Ц-СиЦ у наноелектроници и микроелектромеханичким системима (МЕМС) има користи од његове компатибилности са силицијумском технологијом, омогућавајући производњу структура наноразмера као што су наноелектроника и наноелектромеханички уређаји [8]. Треће: Као полупроводнички материјал са широким размаком, 3Ц-СиЦ је погодан за производњуплаве светлеће диоде(ЛЕД). Његова примена у осветљењу, технологији дисплеја и ласерима привукла је пажњу због високе светлосне ефикасности и лаког допинга [9]. Четврто: У исто време, 3Ц-СиЦ се користи за производњу детектора осетљивих на позицију, посебно детектора осетљивих на позицију ласерске тачке засноване на бочном фотонапонском ефекту, који показују високу осетљивост под условима нулте пристрасности и погодни су за прецизно позиционирање [10] .

3. Метода припреме 3Ц СиЦ хетероепитаксије

Главни раст методе 3Ц-сичког хетероепитакса укључујухемијско таложење паре (ЦВД), Сублимација епитаксија (СЕ), епитаксија течне фазе (ЛПЕ), молекуларна зграда епитаксија (МБЕ), магнетрон Спуптринг, итд. ЦВД је преферирана метода за 3Ц-СИЦ епитаксу због његове контроле и прилагодљивости (као што је температура, проток гаса, коморе и време реакције, које могу оптимизирати квалитет Епитаксијални слој).

Хемијска таложење паре (ЦВД): СИ и Ц елементи који садрже гаса и Ц доноси се у реакциону комору, загрева и разграђен на високом температуру, а затим се и налазе атоми и Ц атоми и Ц СИ супстрат или 6Х-СИЦ, 15Р- Сиц, 4х-сиц подлоге [11]. Температура ове реакције је обично између 1300-1500 ℃. Уобичајени СИ извори укључују СИХ4, ТЦС, МТС итд. И Ц извори углавном укључују Ц2Х4, Ц3Х8 итд., Са Х2 као носач. Процес раста углавном укључује следеће кораке: 1. Извор реакције на гасну фазу транспортује се у зону одлагања у главном току гаса. 2. Реакција фазе гаса настаје у граничном слоју да би се створила танки филмски прекурсори и нуспроизводи. 3. Таложење, адсорпција и поступак пуцања прекурсора. 4. Адсорбовани атоми мигрирају и реконструишу на површини подлоге. 5. Адорбински атоми је изразили и расту на површини подлоге. 6 Масовни транспорт отпадног гаса након реакције у главну зону протока гаса и извади се из реакционе коморе. Слика 2 је шематски дијаграм ЦВД [12].

Слика 2 шематски дијаграм ЦВД-а

Начин сублимације (СЕ) Метода: Слика 3 је експериментална структура дијаграма СЕ метода СЕ за припрему 3Ц-СИЦ-а. Главни кораци су распадање и сублимација СИЦ-а извора у зони високе температуре, превоз сублимата и реакција и кристализације сублимација на површини подлоге на нижој температури. Детаљи су следећи: 6Х-СИЦ или 4Х-Сиц подлоге поставља се на врх лош иСин прах високог чистоћекористи се као сички сирови материјал и постављен на днуграфитни лончић. Крстава је загревана до 1900-2100 ℃ индукцијом радио фреквенција, а температура подлоге се контролише да би била нижа од СИЦ-а, формирајући аксијалну градијент температуре унутар Цруцибибле, тако да сублимирани СИЦ материјал може кондензовати и кристализирати на подлогу да се формира 3Ц-Сиц хетероепитаксија.

Предности сублимационе епитаксије су углавном у два аспекта: 1. Температура епитаксије је висока, што може смањити дефекте кристала; 2. Може се урезати да би се добила урезана површина на атомском нивоу. Међутим, током процеса раста, извор реакције се не може подесити, а однос силицијум-угљеник, време, различите секвенце реакција, итд. не могу да се мењају, што резултира смањењем контролисања процеса раста.

Слика 3 Схематски дијаграм СЕ Метода за раст 3Ц-СИЦ епитакт

Епитаксија молекуларним снопом (МБЕ) је напредна технологија раста танког филма, која је погодна за узгој 3Ц-СиЦ епитаксијалних слојева на 4Х-СиЦ или 6Х-СиЦ супстратима. Основни принцип ове методе је: у окружењу ултра-високог вакуума, кроз прецизну контролу изворног гаса, елементи растућег епитаксијалног слоја се загревају да формирају усмерени атомски или молекуларни сноп и упадају на загрејану површину супстрата за епитаксијални раст. Уобичајени услови за узгој 3Ц-СиЦЕпитаксијални слојевина 4Х-СиЦ или 6Х-СиЦ супстратима су: у условима богатим силицијумом, графен и извори чистог угљеника се побуђују у гасовите супстанце помоћу електронског топа, а 1200-1350℃ се користи као температура реакције. 3Ц-СиЦ хетероепитаксијални раст се може добити при брзини раста од 0,01-0,1 нмс-1 [13].

Закључак и проспект

Континуираним технолошким напретком и дубинским истраживањима механизма, очекује се да ће 3Ц-СИЦ хетероепитаксална технологија играју важнију улогу у полуводичкој индустрији и промовисати развој електронских уређаја високог ефикасности. На пример, настављајући да истражује нове технике и стратегије раста, као што је увођење атмосфере ХЦл да повећају стопу раста, истовремено одржавање ниске густине оштећења, је правац будућег истраживања; дубински истраживачки механизам за формирање оштећења и развој напреднијих техника карактеризавања, као што су фотолуминесцентност и анализа катодолуминесценције, како би се постигло прецизније контроле оштећења и оптимизирајући својства материјала; Брзи раст висококвалитетног дебелог филма 3Ц-СИЦ је кључ за испуњавање потреба високонапонских уређаја, а потребно је даља истраживања за превазилажење равнотеже између стопе раста и материјалне уједначености; У комбинацији са применом 3Ц-СИЦ-а у хетерогеним структурама као што су СИЦ / ГАН, истражују његове потенцијалне апликације у новим уређајима као што су електронике, оптоелектронска интеграција и прерада квантних информација.

Референце:

[1] Нисхино С, Хазуки И, Матсунами Х, ет ал. Хемијско таложење паре монокристалних β-СиЦ филмова на силицијумској подлози са распршеним СиЦ међуслојем [Ј]. Јоурнал оф Тхе Елецтроцхемицал Социети, 1980, 127(12):2674-2680.

[2] Ие Зхизхен, Ванг Иадонг, Хуанг Јингиун, ет ал. Истраживање на ниским температурама танких филмова на бази силицијум-карбида [Ј Јоурнал оф Вацуум Сциенце анд Тецхнологи, 2002, 022(001):58-60]. .

[3] АНКСИА, Зхуанг Хуизхао, Ли Хуаикианг, чекам. (111) СИ подлогу за припрему Нано-Сиц филма на методи магнетног пљувања [Ј].

[4] Секи К, Алекандер, Козава С, ет ал. Политип-селективни раст СиЦ контролом презасићења у расту раствора [Ј]. Јоурнал оф Цристал Гровтх, 2012, 360:176-180.

[5] Цхен Иао, Зхао Фукианг, Зху Бингкиан, он Схуаи. Резиме развоја силицијума Царбиде уређаја у земљи и иностранству [Ј]. Возило и електроенергетска технологија, 2020: 49-54.

[6] Ли Кс , Ванг Г .ЦВД раст слојева 3Ц-СиЦ на 4Х-СиЦ супстратима са побољшаном морфологијом [Ј].Солид Стате Цоммуницатионс, 2023:371.

[7] Хоу Каивен. Истраживање графичке подлоге и његова примена у 3Ц-СИЦ [Д]. КСИ'АН универзитет за технологију, 2018.

[8] Ларс, Хиллер, Тхомас и др. Ефекти водоника у ЕЦР-ЕТЦХИНГ-у 3Ц-СИЦ (100) Меса структуре [Ј] .Материалс Сциенци Форум, 2014.

[9] Ксу Кингфанг Припрема танких филмова од 3Ц-СиЦ ласерским хемијским таложењем [Д] Технолошки универзитет у Вухану.

[10] Фоисал А Р М, Нгуиен Т, Динх Т К и хетероструктуре одличне платформе: Одлична платформа за детекторе осетљиве на позиције на основу фотонапонских ефекта [Ј] .АЦС примењени материјали и интерфејсе, 2019: 40980-40987.

[11] Ксин бин. 3Ц / 4Х-Сиц Хетерогено продужење засновано на ЦВД технологији: представљање недостатка и еволуција [Д]. Кси'ан универзитет за електронску науку и технологију.

[12] Донг Лин. Силицијум карбида Велики део вишеструке технологије раста проширења и физичке карактеристике [Д]. Кинеска академија наука Универзитета 2014.

[13] Диани М, Симон Л, КУБЛЕР Л и др. Кристални раст 3Ц-СиЦ Политепе на подлогу 6Х-СИЦ (0001) [Ј]. Часопис за раст кристала, 2002, 235 (1): 95-102.