1. Aféierung
Trotz Joerzéngte vun der Fuerschung huet heteroepitaxial 3C-SiC, déi op Siliziumsubstrater ugebaut gouf, nach net genuch Kristallqualitéit fir industriell elektronesch Uwendungen erreecht. D'Wuesstem gëtt typescherweis op Si(100)- oder Si(111)-Substrater duerchgefouert, déi all eenzel spezifesch Erausfuerderunge stellen: Antiphase-Domänen fir (100) a Rëssbildung fir (111). Wärend [111]-orientéiert Filmer villverspriechend Charakteristiken wéi reduzéiert Defektdicht, verbessert Uewerflächenmorphologie a méi niddreg Spannung weisen, sinn alternativ Orientéierungen wéi (110) an (211) nach ëmmer net genuch ënnersicht. Existéierend Donnéeën suggeréieren, datt optimal Wuesstemsbedingungen orientatiounsspezifesch kënne sinn, wat d'systematesch Ënnersichunge komplizéiert. Besonnesch d'Benotzung vu Si-Substrater mat engem méi héije Miller-Index (z.B. (311), (510)) fir 3C-SiC-Heteroepitaxie gouf ni gemellt, wat e wesentleche Spillraum fir explorativ Fuerschung iwwer orientatiounsofhängeg Wuesstemsmechanismen léisst.
2. Experimentell
D'3C-SiC-Schichten goufen iwwer Atmosphärendrock-chemesch Gasoflagerung (CVD) mat SiH4/C3H8/H2-Virleefergaser ofgesat. D'Substrater ware 1 cm² Si-Waferen mat verschiddenen Orientéierungen: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) an (995). All Substrater ware on-axis ausser (100), wou 2°-Off-Cut-Waferen zousätzlech getest goufen. D'Virwuesstumsreinigung huet Ultraschallentfettung a Methanol abegraff. De Wuesstumsprotokoll huet d'Entfernung vun nativen Oxiden duerch H2-Glühung bei 1000°C ëmfaasst, gefollegt vun engem Standard-Zwei-Schrëtt-Prozess: Karburiséierung fir 10 Minutten bei 1165°C mat 12 sccm C3H8, dann Epitaxie fir 60 Minutten bei 1350°C (C/Si-Verhältnis = 4) mat 1,5 sccm SiH4 an 2 sccm C3H8. All Wuestumslaf huet véier bis fënnef verschidden Si-Orientéierungen abegraff, mat op d'mannst engem (100) Referenzwafer.
3. Resultater an Diskussioun
D'Morphologie vun 3C-SiC-Schichten, déi op verschiddene Si-Substrater gewuess sinn (Fig. 1), huet ënnerschiddlech Uewerflächeneigenschaften a Rauheet gewisen. Visuell hunn d'Prouwe vun Si(100), (211), (311), (553) an (995) spigelähnlech ausgesinn, während aner vu mëllechfaarweg ((331), (510)) bis matt ((110), (111)) variéiert hunn. Déi glatst Uewerflächen (mat der feinster Mikrostruktur) goufen op (100)2° off- an (995)-Substrater kritt. Bemierkenswäert ass, datt all Schichten no der Ofkillung riessfräi bliwwe sinn, och den typesch stressufällegen 3C-SiC(111). Déi limitéiert Proufgréisst kéint Rëss verhënnert hunn, obwuel e puer Prouwe Béiungen (30-60 μm Oflenkung vum Zentrum bis zum Rand) gewisen hunn, déi ënner optescher Mikroskopie bei 1000× Vergréisserung wéinst akkumuléierter thermescher Belaaschtung nogewise konnte ginn. Héich gebéit Schichten, déi op Si(111), (211) an (553) Substrater gewuess sinn, hunn konkav Formen gewisen, déi op Zugspannung hiweisen, wat weider experimentell an theoretesch Aarbecht erfuerdert huet, fir mat der kristallographescher Orientéierung ze korreléieren.
Figur 1 resüméiert d'XRD- an AFM-Resultater (Scannen bei 20×20 μ m2) vun den 3C-SC-Schichten, déi op Si-Substrater mat verschiddenen Orientéierungen ugebaut goufen.
Atomkraaftmikroskopie (AFM) Biller (Fig. 2) hunn optesch Observatioune bestätegt. Root-Mean-Square (RMS) Wäerter hunn déi glatst Uewerflächen op (100)2° off- an (995) Substrater bestätegt, mat kärenähnleche Strukturen mat lateralen Dimensiounen vun 400-800 nm. Déi mat (110) gewuess Schicht war am rauhsten, während verlängert an/oder parallel Strukturen mat heiansdo schaarfe Grenzen an aneren Orientéierungen opgetruede sinn ((331), (510)). Röntgendiffraktioun (XRD) θ-2θ Scans (zesummegefaasst an der Tabell 1) hunn erfollegräich Heteroepitaxie fir Substrater mat engem méi nidderegen Miller-Index gewisen, ausser fir Si(110), déi gemëscht 3C-SiC(111) an (110) Peaks gewisen hunn, déi op Polykristallinitéit hiweisen. Dës Orientéierungsmëschung gouf virdru fir Si(110) gemellt, obwuel e puer Studien exklusiv (111)-orientéiert 3C-SiC observéiert hunn, wat drop hiweist, datt d'Optimiséierung vu Wuestumsbedingungen entscheedend ass. Fir Miller-Indizes ≥5 ((510), (553), (995)) goufen keng XRD-Peaken an der Standard θ-2θ Konfiguratioun festgestallt, well dës Ebenen mat héijem Index an dëser Geometrie net diffraktéieren. D'Feele vu 3C-SiC-Peaken mat nidderegem Index (z.B. (111), (200)) weist op e Wuesstem vun engem Eenzelkristall hin, wat eng Kippung vun der Prouf erfuerdert, fir Diffraktioun vu Ebenen mat nidderegem Index festzestellen.
Figur 2 weist d'Berechnung vum Plangwénkel bannent der FCKW-Kristallstruktur.
Déi berechent kristallographesch Wénkelen tëscht den Héichindex- a Nidderindex-Ebenen (Tabell 2) hunn grouss Fehlorientéierungen (>10°) gewisen, wat hir Feele bei Standard θ-2θ-Scans erkläert. Dofir gouf eng Polfiguranalyse op der (995)-orientéierter Prouf duerchgefouert wéinst hirer ongewéinlecher granularer Morphologie (potenziell duerch kolumnar Wuesstem oder Zwillingsbildung) a gerénger Rauheet. D'(111) Polfiguren (Fig. 3) vum Si-Substrat an der 3C-SiC-Schicht ware bal identesch, wat den epitaktischen Wuesstem ouni Zwillingsbildung bestätegt. De zentralen Fleck ass bei χ≈15° opgetrueden, wat dem theoreteschen (111)-(995)-Wénkel entsprécht. Dräi symmetresch-äquivalent Flecken sinn op erwaarten Positiounen opgetrueden (χ=56,2°/φ=269,4°, χ=79°/φ=146,7° an 33,6°), obwuel en onerwaarten schwaache Fleck bei χ=62°/φ=93,3° weider Ënnersichunge erfuerdert. Déi kristallin Qualitéit, déi iwwer d'Fleckbreet a φ-Scans bewäert gouf, schéngt villverspriechend, obwuel Miessunge vun der Schwéngkurve fir d'Quantifizéierung gebraucht ginn. Polfiguren fir d'Prouwe vun (510) an (553) mussen nach fäerdeg gestallt ginn, fir hiren ugehollen epitaktischen Charakter ze bestätegen.
Figur 3 weist den XRD-Peakdiagramm, deen op der (995)-orientéierter Prouf opgeholl gouf, deen d'(111)-Ebenen vum Si-Substrat (a) an der 3C-SiC-Schicht (b) weist.
4. Schlussfolgerung
Heteroepitaxial 3C-SiC-Wuesstum war op de meeschte Si-Orientéierungen erfollegräich, ausser (110), wat polykristallint Material erginn huet. Si(100)2° off- an (995)-Substrater hunn déi glatst Schichten produzéiert (RMS <1 nm), während (111), (211) an (553) eng bedeitend Béiung (30-60 μm) gewisen hunn. Substrater mat engem héijen Index erfuerderen eng fortgeschratt XRD-Charakteriséierung (z.B. Polfiguren) fir d'Epitaxie wéinst feelenden θ-2θ-Peaken ze bestätegen. Déi lafend Aarbecht ëmfaasst Miessunge vun der Schwéngkurve, Raman-Spannungsanalyse an Expansioun op weider Orientéierungen mat engem héijen Index fir dës explorativ Studie ofzeschléissen.
Als vertikal integréierte Produzent bitt XKH professionell personaliséiert Veraarbechtungsservicer mat engem ëmfangräiche Portfolio vu Siliziumkarbidsubstrater, a bitt Standard- a spezialiséiert Typen, dorënner 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P an 3C-SiC, verfügbar an Duerchmiesser vun 2 Zoll bis 12 Zoll. Eis End-to-End-Expertise a Kristallwuesstum, Präzisiounsbearbechtung a Qualitéitssécherung garantéiert personaliséiert Léisunge fir Leeschtungselektronik, HF an nei Uwendungen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 08.08.2025