૧. પરિચય
દાયકાઓના સંશોધન છતાં, સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ્સ પર ઉગાડવામાં આવતા હેટરોપીટેક્સિયલ 3C-SiC એ હજુ સુધી ઔદ્યોગિક ઇલેક્ટ્રોનિક એપ્લિકેશનો માટે પૂરતી સ્ફટિક ગુણવત્તા પ્રાપ્ત કરી નથી. વૃદ્ધિ સામાન્ય રીતે Si(100) અથવા Si(111) સબસ્ટ્રેટ્સ પર કરવામાં આવે છે, દરેક અલગ પડકારો રજૂ કરે છે: (100) માટે એન્ટિ-ફેઝ ડોમેન્સ અને (111) માટે ક્રેકીંગ. જ્યારે [111]-લક્ષી ફિલ્મો ખામી ઘનતામાં ઘટાડો, સુધારેલ સપાટી મોર્ફોલોજી અને ઓછું તાણ જેવી આશાસ્પદ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે, ત્યારે (110) અને (211) જેવા વૈકલ્પિક દિશાઓ અસ્પષ્ટ રહે છે. હાલના ડેટા સૂચવે છે કે શ્રેષ્ઠ વૃદ્ધિની સ્થિતિઓ ઓરિએન્ટેશન-વિશિષ્ટ હોઈ શકે છે, જે વ્યવસ્થિત તપાસને જટિલ બનાવે છે. નોંધનીય છે કે, 3C-SiC હેટરોપીટેક્સી માટે ઉચ્ચ-મિલર-ઇન્ડેક્સ Si સબસ્ટ્રેટ્સ (દા.ત., (311), (510)) નો ઉપયોગ ક્યારેય જાણ કરવામાં આવ્યો નથી, જેના કારણે ઓરિએન્ટેશન-આધારિત વૃદ્ધિ પદ્ધતિઓ પર સંશોધનાત્મક સંશોધન માટે નોંધપાત્ર જગ્યા બાકી છે.
2. પ્રાયોગિક
3C-SiC સ્તરો SiH4/C3H8/H2 પૂર્વગામી વાયુઓનો ઉપયોગ કરીને વાતાવરણીય-દબાણ રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપણ (CVD) દ્વારા જમા કરવામાં આવ્યા હતા. સબસ્ટ્રેટ 1 cm² Si વેફર્સ હતા જેમાં વિવિધ દિશાઓ હતી: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), અને (995). બધા સબસ્ટ્રેટ (100) સિવાય ઓન-એક્સિસ હતા, જ્યાં 2° ઓફ-કટ વેફર્સનું વધારામાં પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. પ્રી-ગ્રોથ ક્લિનિંગમાં મિથેનોલમાં અલ્ટ્રાસોનિક ડિગ્રેઝિંગનો સમાવેશ થતો હતો. વૃદ્ધિ પ્રોટોકોલમાં 1000°C પર H2 એનિલિંગ દ્વારા મૂળ ઓક્સાઇડ દૂર કરવાનો સમાવેશ થતો હતો, ત્યારબાદ પ્રમાણભૂત બે-પગલાની પ્રક્રિયા હતી: 12 sccm C3H8 સાથે 1165°C પર 10 મિનિટ માટે કાર્બ્યુરાઇઝેશન, પછી 1.5 sccm SiH4 અને 2 sccm C3H8 નો ઉપયોગ કરીને 1350°C (C/Si ગુણોત્તર = 4) પર 60 મિનિટ માટે એપિટાક્સી. દરેક વૃદ્ધિ રનમાં ઓછામાં ઓછા એક (100) સંદર્ભ વેફર સાથે ચારથી પાંચ અલગ અલગ Si ઓરિએન્ટેશનનો સમાવેશ થતો હતો.
૩. પરિણામો અને ચર્ચા
વિવિધ Si સબસ્ટ્રેટ્સ (આકૃતિ 1) પર ઉગાડવામાં આવેલા 3C-SiC સ્તરોના આકારશાસ્ત્રમાં સપાટીના વિશિષ્ટ લક્ષણો અને ખરબચડાપણું જોવા મળ્યું. દૃષ્ટિની રીતે, Si(100), (211), (311), (553) અને (995) પર ઉગાડવામાં આવેલા નમૂનાઓ અરીસા જેવા દેખાતા હતા, જ્યારે અન્ય દૂધિયું ((331), (510)) થી ઝાંખા ((110), (111)) સુધીના હતા. સૌથી સરળ સપાટીઓ (શ્રેષ્ઠ માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર દર્શાવે છે) (100)2° બંધ અને (995) સબસ્ટ્રેટ્સ પર મેળવવામાં આવી હતી. નોંધપાત્ર રીતે, બધા સ્તરો ઠંડુ થયા પછી તિરાડ-મુક્ત રહ્યા, જેમાં સામાન્ય રીતે તણાવ-પ્રોન 3C-SiC(111)નો સમાવેશ થાય છે. મર્યાદિત નમૂનાના કદે ક્રેકીંગ અટકાવ્યું હશે, જોકે કેટલાક નમૂનાઓમાં સંચિત થર્મલ તણાવને કારણે 1000× મેગ્નિફિકેશન પર ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી હેઠળ શોધી શકાય તેવા નમન (કેન્દ્રથી ધાર સુધી 30-60 μm ડિફ્લેક્શન) દર્શાવવામાં આવ્યા હતા. Si(111), (211) અને (553) સબસ્ટ્રેટ પર ઉગાડવામાં આવેલા ખૂબ જ વળેલા સ્તરો તાણ તાણ દર્શાવતા અંતર્મુખ આકાર દર્શાવે છે, જેને સ્ફટિકીય દિશા સાથે સહસંબંધ કરવા માટે વધુ પ્રાયોગિક અને સૈદ્ધાંતિક કાર્યની જરૂર છે.
આકૃતિ 1 વિવિધ દિશાઓ સાથે Si સબસ્ટ્રેટ પર ઉગાડવામાં આવેલા 3C-SC સ્તરોના XRD અને AFM (20×20 μ m2 પર સ્કેનિંગ) પરિણામોનો સારાંશ આપે છે.
અણુ બળ માઈક્રોસ્કોપી (AFM) છબીઓ (આકૃતિ 2) એ ઓપ્ટિકલ અવલોકનોને સમર્થન આપ્યું. રુટ-મીન-સ્ક્વેર (RMS) મૂલ્યોએ (100)2° બંધ અને (995) સબસ્ટ્રેટ પર સૌથી સરળ સપાટીઓની પુષ્ટિ કરી, જેમાં 400-800 nm બાજુના પરિમાણો સાથે અનાજ જેવી રચનાઓ દર્શાવવામાં આવી હતી. (110) ઉગાડવામાં આવેલ સ્તર સૌથી ખરબચડું હતું, જ્યારે અન્ય ઓરિએન્ટેશન ((331), (510)) માં ક્યારેક તીક્ષ્ણ સીમાઓ સાથે વિસ્તરેલ અને/અથવા સમાંતર લક્ષણો દેખાયા. એક્સ-રે વિવર્તન (XRD) θ-2θ સ્કેન (કોષ્ટક 1 માં સારાંશ) એ નીચલા-મિલર-ઇન્ડેક્સ સબસ્ટ્રેટ માટે સફળ હેટરોએપિટેક્ષી જાહેર કરી, સિવાય કે Si(110) જે મિશ્ર 3C-SiC(111) અને (110) શિખરો દર્શાવે છે જે પોલીક્રિસ્ટલિનિટી દર્શાવે છે. આ ઓરિએન્ટેશન મિશ્રણ અગાઉ Si(110) માટે નોંધાયું છે, જોકે કેટલાક અભ્યાસોએ વિશિષ્ટ (111)-ઓરિએન્ટેડ 3C-SiC અવલોકન કર્યું હતું, જે સૂચવે છે કે વૃદ્ધિ સ્થિતિ ઑપ્ટિમાઇઝેશન મહત્વપૂર્ણ છે. મિલર સૂચકાંકો ≥5 ((510), (553), (995)) માટે, પ્રમાણભૂત θ-2θ રૂપરેખાંકનમાં કોઈ XRD શિખરો શોધી કાઢવામાં આવ્યા ન હતા કારણ કે આ ઉચ્ચ-ઇન્ડેક્સ પ્લેન આ ભૂમિતિમાં બિન-વિવર્તનશીલ છે. લો-ઇન્ડેક્સ 3C-SiC શિખરોની ગેરહાજરી (દા.ત., (111), (200)) સિંગલ-સ્ફટિકીય વૃદ્ધિ સૂચવે છે, લો-ઇન્ડેક્સ પ્લેનમાંથી વિવર્તન શોધવા માટે નમૂના ટિલ્ટિંગની જરૂર પડે છે.
આકૃતિ 2 CFC સ્ફટિક માળખામાં સમતલ ખૂણાની ગણતરી દર્શાવે છે.
ઉચ્ચ-અંક અને નીચલા-અંક સમતલ (કોષ્ટક 2) વચ્ચે ગણતરી કરાયેલા સ્ફટિકીય ખૂણાઓ મોટા ખોટા દિશા નિર્દેશો (>10°) દર્શાવે છે, જે પ્રમાણભૂત θ-2θ સ્કેનમાં તેમની ગેરહાજરી સમજાવે છે. તેથી, અસામાન્ય દાણાદાર આકારવિજ્ઞાન (સંભવિત રીતે સ્તંભાકાર વૃદ્ધિ અથવા જોડિયાપણું) અને ઓછી ખરબચડીતાને કારણે (995)-લક્ષી નમૂના પર ધ્રુવ આકૃતિ વિશ્લેષણ હાથ ધરવામાં આવ્યું હતું. Si સબસ્ટ્રેટ અને 3C-SiC સ્તરમાંથી (111) ધ્રુવ આકૃતિઓ (આકૃતિ 3) લગભગ સમાન હતી, જે જોડિયાપણું વિના એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિની પુષ્ટિ કરે છે. કેન્દ્રિય સ્થાન χ≈15° પર દેખાયું, જે સૈદ્ધાંતિક (111)-(995) કોણ સાથે મેળ ખાય છે. અપેક્ષિત સ્થાનો પર ત્રણ સમપ્રમાણતા-સમકક્ષ ફોલ્લીઓ દેખાયા (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° અને 33.6°), જોકે χ=62°/φ=93.3° પર એક અણધારી નબળા બિંદુ માટે વધુ તપાસની જરૂર છે. φ-સ્કેનમાં સ્પોટ પહોળાઈ દ્વારા મૂલ્યાંકન કરાયેલ સ્ફટિકીય ગુણવત્તા આશાસ્પદ લાગે છે, જોકે જથ્થાત્મકતા માટે રોકિંગ કર્વ માપનની જરૂર છે. (510) અને (553) નમૂનાઓ માટે ધ્રુવ આંકડાઓ તેમના અનુમાનિત એપિટેક્સિયલ પ્રકૃતિની પુષ્ટિ કરવા માટે પૂર્ણ થવાના બાકી છે.
આકૃતિ 3 (995) ઓરિએન્ટેડ નમૂના પર રેકોર્ડ કરાયેલ XRD પીક ડાયાગ્રામ દર્શાવે છે, જે Si સબસ્ટ્રેટ (a) અને 3C-SiC સ્તર (b) ના (111) પ્લેન દર્શાવે છે.
4. નિષ્કર્ષ
(110) સિવાય મોટાભાગના Si ઓરિએન્ટેશન પર હેટરોએપિટેક્સિયલ 3C-SiC વૃદ્ધિ સફળ થઈ, જેમાં પોલીક્રિસ્ટલાઇન સામગ્રી મળી. Si(100)2° બંધ અને (995) સબસ્ટ્રેટ્સે સૌથી સરળ સ્તરો (RMS <1 nm) ઉત્પન્ન કર્યા, જ્યારે (111), (211), અને (553) એ નોંધપાત્ર નમન (30-60 μm) દર્શાવ્યા. ઉચ્ચ-અનુક્રમણિકા સબસ્ટ્રેટ્સને ગેરહાજર θ-2θ શિખરોને કારણે એપિટાક્સીની પુષ્ટિ કરવા માટે અદ્યતન XRD લાક્ષણિકતા (દા.ત., ધ્રુવ આકૃતિઓ) ની જરૂર પડે છે. ચાલુ કાર્યમાં રોકિંગ કર્વ માપન, રમન તણાવ વિશ્લેષણ અને આ સંશોધન અભ્યાસ પૂર્ણ કરવા માટે વધારાના ઉચ્ચ-અનુક્રમણિકા ઓરિએન્ટેશનમાં વિસ્તરણનો સમાવેશ થાય છે.
એક વર્ટિકલી ઇન્ટિગ્રેટેડ ઉત્પાદક તરીકે, XKH સિલિકોન કાર્બાઇડ સબસ્ટ્રેટ્સના વ્યાપક પોર્ટફોલિયો સાથે વ્યાવસાયિક કસ્ટમાઇઝ્ડ પ્રોસેસિંગ સેવાઓ પ્રદાન કરે છે, જે 2-ઇંચથી 12-ઇંચના વ્યાસમાં ઉપલબ્ધ 4H/6H-N, 4H-સેમી, 4H/6H-P, અને 3C-SiC સહિત પ્રમાણભૂત અને વિશિષ્ટ પ્રકારો પ્રદાન કરે છે. ક્રિસ્ટલ ગ્રોથ, ચોકસાઇ મશીનિંગ અને ગુણવત્તા ખાતરીમાં અમારી એન્ડ-ટુ-એન્ડ કુશળતા પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, RF અને ઉભરતી એપ્લિકેશનો માટે અનુરૂપ ઉકેલોની ખાતરી કરે છે.
પોસ્ટ સમય: ઓગસ્ટ-૦૮-૨૦૨૫