سی سی سی ضخیم CVD با خلوص بالا: بینش فرآیند برای رشد مواد

1. متعارفسی وی دی سی سیفرآیند رسوب گذاری

فرآیند استاندارد CVD برای رسوب گذاری پوشش های SiC شامل یک سری مراحل با دقت کنترل شده است:

گرمایش:کوره CVD تا دمای بین 100-160 درجه سانتیگراد گرم می شود.

بارگذاری بستر:یک بستر گرافیت (ماندرل) روی یک پلت فرم دوار در داخل محفظه رسوب قرار می گیرد.

جاروبرقی و پاکسازی:محفظه با گاز آرگون (Ar) در چرخه های متعدد تخلیه و پاکسازی می شود.

کنترل حرارت و فشار:محفظه تا دمای رسوب تحت خلاء مداوم گرم می شود. پس از رسیدن به دمای مورد نظر، زمان نگهداری قبل از وارد کردن گاز Ar برای رسیدن به فشار 40-60 کیلو پاسکال حفظ می شود. سپس محفظه دوباره تخلیه می شود.

معرفی گاز پیش ساز:مخلوطی از هیدروژن (H2)، آرگون (Ar) و یک گاز هیدروکربن (آلکان) به همراه یک پیش ساز کلروسیلان (معمولا تتراکلرید سیلیکون، SiCl4) وارد یک محفظه پیش گرمایش می شود. سپس مخلوط گاز حاصل به محفظه واکنش وارد می شود.

رسوب و خنک سازی:پس از اتمام رسوب، جریان H2، کلروسیلان و آلکان متوقف می شود. جریان آرگون برای پاکسازی محفظه در حین خنک شدن حفظ می شود. در نهایت، محفظه به فشار اتمسفر می رسد، باز می شود و بستر گرافیت پوشیده شده با SiC حذف می شود.

2. کاربردهای ضخیمسی وی دی سی سیلایه ها

لایه‌های SiC با چگالی بالا با ضخامت بیش از ۱ میلی‌متر در موارد زیر کاربردهای حیاتی پیدا می‌کنند:

ساخت نیمه هادی:به عنوان حلقه های فوکوس (FR) در سیستم های اچ خشک برای ساخت مدار مجتمع.

اپتیک و هوا فضا:لایه‌های SiC با شفافیت بالا در آینه‌های نوری و پنجره‌های فضاپیما استفاده می‌شوند.

این کاربردها به مواد با کارایی بالا نیاز دارند و SiC ضخیم را به محصولی با ارزش با پتانسیل اقتصادی قابل توجه تبدیل می کند.

3. ویژگی های هدف برای درجه نیمه هادیسی وی دی سی سی

سی وی دی سی سی برای کاربردهای نیمه هادی، به ویژه برای حلقه های فوکوس، به خواص مواد سختگیرانه نیاز دارد:

خلوص بالا:SiC پلی کریستالی با سطح خلوص 99.9999٪ (6N).

چگالی بالا:یک ریزساختار متراکم و بدون منافذ ضروری است.

رسانایی حرارتی بالا:مقادیر نظری نزدیک به 490 W/m·K، با مقادیر عملی از 200-400 W/m·K.

مقاومت الکتریکی کنترل شده:مقادیر بین 0.01-500 Ω.cm مطلوب است.

مقاومت پلاسما و بی اثری شیمیایی:برای تحمل محیط های حکاکی تهاجمی حیاتی است.

سختی بالا:سختی ذاتی SiC (~3000 کیلوگرم بر میلی‌متر مربع) به تکنیک‌های ماشینکاری تخصصی نیاز دارد.

ساختار مکعبی پلی کریستالی:3C-SiC (β-SiC) با جهت گیری ترجیحی با جهت کریستالوگرافی غالب (111) مورد نظر است.

4. فرآیند CVD برای فیلم های ضخیم 3C-SiC

روش ترجیحی برای قرار دادن لایه‌های ضخیم 3C-SiC برای حلقه‌های فوکوس CVD است که با استفاده از پارامترهای زیر انجام می‌شود:

انتخاب پیشرو:متیل تری کلروسیلان (MTS) معمولا استفاده می شود و نسبت مولی 1:1 Si/C را برای رسوب استوکیومتری ارائه می دهد. با این حال، برخی از تولیدکنندگان نسبت Si:C (1:1.1 تا 1:1.4) را بهینه می‌کنند تا مقاومت پلاسما را افزایش دهند که به طور بالقوه بر توزیع اندازه دانه و جهت‌گیری ترجیحی تأثیر می‌گذارد.

گاز حامل:هیدروژن (H2) با گونه های حاوی کلر واکنش می دهد، در حالی که آرگون (Ar) به عنوان گاز حامل برای MTS عمل می کند و مخلوط گاز را رقیق می کند تا سرعت رسوب را کنترل کند.

5. سیستم CVD برای کاربردهای حلقه فوکوس

یک نمایش شماتیک از یک سیستم CVD معمولی برای رسوب 3C-SiC برای حلقه های فوکوس ارائه شده است. با این حال، سیستم های تولید دقیق اغلب به صورت سفارشی و اختصاصی طراحی می شوند.

6. نتیجه گیری

تولید لایه‌های SiC با خلوص بالا و ضخیم از طریق CVD یک فرآیند پیچیده است که به کنترل دقیق روی پارامترهای متعدد نیاز دارد. از آنجایی که تقاضا برای این مواد با کارایی بالا همچنان در حال افزایش است، تلاش‌های تحقیق و توسعه مداوم بر بهینه‌سازی تکنیک‌های CVD برای برآورده کردن الزامات سخت‌گیرانه ساخت نیمه‌رساناهای نسل بعدی و سایر برنامه‌های کاربردی متمرکز است.**