Stair Forbartha 3C SiC

Mar fhoirm thábhachtach dechomhdhúile sileacain, stair forbartha na3C- SiCléiríonn sé dul chun cinn leanúnach na heolaíochta ábhar leathsheoltóra. Sna 1980í, Nishino et al. fuair an chéad scannán tanaí 4um 3C-SiC ar fhoshraitheanna sileacain trí thaisceadh ceimiceach gaile (CVD) [1], a leag an bunús le haghaidh teicneolaíocht scannán tanaí 3C-SiC.

Ba iad na 1990idí ré órga thaighde SiC. Sheol Cree Research Inc. sliseanna 6H-SiC agus 4H-SiC i 1991 agus 1994 faoi seach, ag cur chun cinn tráchtálúFeistí leathsheoltóra SiC. Leag an dul chun cinn teicneolaíochta le linn na tréimhse seo an bonn le haghaidh taighde agus cur i bhfeidhm 3C-SiC ina dhiaidh sin.

Go luath sa 21ú haois,scannáin tanaí SiC baile-bhunaithe sileacainfreisin forbartha go pointe áirithe. Sea Zhizhen et al. scannáin tanaí SiC sileacain ullmhaithe ag CVD faoi choinníollacha teocht íseal i 2002 [2]. Sa bhliain 2001, rinne An Xia et al. scannáin tanaí SiC sileacain ullmhaithe ag sputtering magnetron ag teocht an tseomra [3].

Mar sin féin, mar gheall ar an difríocht mhór idir tairiseach laitíse Si agus tairiseach laitíse SiC (thart ar 20%), tá dlús locht ciseal epitaxial 3C-SiC sách ard, go háirithe an dá locht ar nós DPB. D'fhonn an neamhréireacht laitíse a laghdú, úsáideann taighdeoirí 6H-SiC, 15R-SiC nó 4H-SiC ar an dromchla (0001) mar fhoshraith chun ciseal epitaxial 3C-SiC a fhás agus an dlús locht a laghdú. Mar shampla, i 2012, Seki, Kazuaki et al. molta an teicneolaíocht rialaithe epitaxy polymorphic dinimiciúil, a réadaíonn an fás roghnach polymorphic de 3C-SiC agus 6H-SiC ar an síol dromchla 6H-SiC (0001) trí rialú a dhéanamh ar an supersaturation [4-5]. In 2023, d'úsáid taighdeoirí ar nós Xun Li an modh CVD chun an fás agus an próiseas a bharrfheabhsú, agus d'éirigh leo 3C-SiC réidh a fháil.ciseal epitaxialgan aon lochtanna DPB ar an dromchla ar fhoshraith 4H-SiC ag ráta fáis 14um/h[6].

Struchtúr Criostail agus Réimsí Feidhmchláir 3C SiC

I measc go leor polytypes SiCD, is é 3C-SiC an t-aon polytype ciúbach, ar a dtugtar β-SiC freisin. Sa struchtúr criostail seo, tá adaimh Si agus C i gcóimheas aon-le-duine sa laitís, agus tá ceithre adamh ilchineálach timpeallaithe ag gach adamh, rud a fhoirmíonn aonad struchtúrach tetrahedral le bannaí láidre comhfhiúsacha. Is í an ghné struchtúrach de 3C-SiC ná go ndéantar na sraitheanna diatomacha Si-C a shocrú arís agus arís eile san ord ABC-ABC-…, agus go bhfuil trí shraith dhiatamaíocha den sórt sin i ngach aonad cill, ar a dtugtar ionadaíocht C3; taispeántar struchtúr criostail 3C-SiC san fhíor thíos:

Fíor 1 Struchtúr criostail de 3C-SiC

Faoi láthair, is é sileacain (Si) an t-ábhar leathsheoltóra is coitianta a úsáidtear le haghaidh feistí cumhachta. Mar sin féin, mar gheall ar fheidhmíocht Si, tá feistí cumhachta atá bunaithe ar sileacain teoranta. I gcomparáid le 4H-SiC agus 6H-SiC, tá an tsoghluaisteacht leictreon teoiriciúil is airde ag 3C-SiC ag teocht an tseomra (1000 cm·V-1·S-1), agus tá buntáistí níos mó aige in iarratais gléas MOS. Ag an am céanna, tá airíonna den scoth ag 3C-SiC freisin cosúil le voltas miondealú ard, seoltacht teirmeach maith, cruas ard, bandgap leathan, friotaíocht ard teochta, agus friotaíocht radaíochta. Dá bhrí sin, tá acmhainneacht mhór aige i leictreonaic, optoelectronics, braiteoirí, agus feidhmchláir faoi dhálaí foircneacha, ag cur forbairt agus nuálaíocht teicneolaíochtaí gaolmhara chun cinn, agus ag taispeáint cumas feidhme leathan i go leor réimsí:

An Chéad: Go háirithe i dtimpeallachtaí ardvoltais, ardmhinicíochta agus teocht ard, déanann an voltas miondealú ard agus soghluaisteacht ard leictreon 3C-SiC rogha iontach do mhonarú feistí cumhachta ar nós MOSFET [7]. Dara: Baineann cur i bhfeidhm 3C-SiC i nanaleictreonaic agus córais micrileictreomeicniúla (MEMS) tairbhe as a chomhoiriúnacht le teicneolaíocht sileacain, rud a ligeann do mhonarú struchtúir nana-scála mar nanaleictreonaic agus feistí nanaleictrimheicniúla [8]. Tríú: Mar ábhar leathsheoltóra bandgap leathan, tá 3C-SiC oiriúnach do mhonarúdé-óid ghorma astaithe solais(LEDs). Tá aird tarraingthe ar a fheidhm i soilsiú, teicneolaíocht taispeána agus léasair mar gheall ar a éifeachtacht ard lonrúil agus dópáil éasca [9]. Ceathrú: Ag an am céanna, úsáidtear 3C-SiC chun brathadóirí seasamh-íogair a mhonarú, go háirithe brathadóirí atá íogair ó thaobh suímh pointe léasair bunaithe ar an éifeacht fhótavoltach cliathánach, a léiríonn íogaireacht ard faoi choinníollacha claonta nialasach agus atá oiriúnach do shuíomh beacht [10] .

3. Modh ullmhúcháin 3C SiC heteroepitaxy

Áirítear ar na príomh-mhodhanna fáis de heteroepitaxy 3C-SiCsil-leagan ceimiceach gaile (CVD), epitaxy sublimation (SE), epitaxy chéim leachta (LPE), epitaxy bhíoma mhóilíneach (MBE), sputtering magnetron, etc. Is é CVD an modh is fearr le haghaidh epitaxy 3C-SiC mar gheall ar a inrialaitheacht agus a inoiriúnaitheacht (cosúil le teocht, sreabhadh gáis, brú seomra agus am imoibriúcháin, ar féidir leo cáilíocht an fhrithghníomhaithe a bharrfheabhsú. ciseal epitaxial).

Teistíocht gaile ceimiceach (CVD): Cuirtear gás cumaisc ina bhfuil eilimintí Si agus C isteach sa seomra imoibrithe, téite agus dianscaoilte ag teocht ard, agus ansin déantar adaimh Si agus adaimh C a deascadh ar an tsubstráit Si, nó 6H-SiC, 15R- SiC, tsubstráit 4H-SiC [11]. Is gnách go mbíonn teocht an imoibrithe seo idir 1300-1500 ℃. I measc na bhfoinsí coitianta Si tá SiH4, TCS, MTS, etc., agus cuimsíonn foinsí C go príomha C2H4, C3H8, etc., le H2 mar an gás iompróra. Áirítear leis an bpróiseas fáis na céimeanna seo a leanas go príomha: 1. Tá an fhoinse imoibrithe céim gáis á iompar chuig an gcrios taisce sa phríomhshreabhadh gáis. 2. Tarlaíonn imoibriú céim gáis sa chiseal teorann chun réamhtheachtaithe agus seachtháirgí scannáin tanaí a ghiniúint. 3. Próiseas deascadh, asaithe agus scoilteadh an réamhtheachtaithe. 4. Téann na hadaimh adsorbed ar imirce agus athchruthú ar dhromchla an tsubstráit. 5. Déanann na hadaimh asaithe núicléasú agus fásann siad ar dhromchla an tsubstráit. 6. Iompar mais an gháis dramhaíola tar éis an imoibrithe isteach sa phríomhchrios sreabhadh gáis agus tógtar amach as an seomra imoibrithe é. Is léaráid scéimreach de CVD é Fíor 2 [12].

Fíor 2 Léaráid scéimreach de CVD

Modh sublimation epitaxy (SE): Is léaráid struchtúr turgnamhach é Fíor 3 den mhodh SE chun 3C-SiC a ullmhú. Is iad na príomhchéimeanna ná dianscaoileadh agus sublimation na foinse SiC sa chrios teocht ard, iompar na sublimates, agus imoibriú agus criostalú na sublimates ar dhromchla an tsubstráit ag teocht níos ísle. Is iad seo a leanas na sonraí: Cuirtear substráit 6H-SiC nó 4H-SiC ar bharr an bhreogán, aguspúdar SiC ard-íonachtaa úsáidtear mar amhábhar SiC agus a chuirtear ag bun anbreogán graifít. Déantar an breogán a théamh go 1900-2100 ℃ trí ionduchtú minicíochta raidió, agus rialaítear teocht an tsubstráit a bheith níos ísle ná an fhoinse SiC, ag cruthú grádán teocht aiseach taobh istigh den bhreogán, ionas gur féidir leis an ábhar SiC sublimated comhdhlúthú agus criostalú ar an tsubstráit. chun heteroepitaxial 3C-SiC a fhoirmiú.

The advantages of sublimation epitaxy are mainly in two aspects: 1. The epitaxy temperature is high, which can reduce crystal defects; 2. It can be etched to obtain an etched surface at the atomic level. However, during the growth process, the reaction source cannot be adjusted, and the silicon-carbon ratio, time, various reaction sequences, etc. cannot be changed, resulting in a decrease in the controllability of the growth process.

Fíor 3 Léaráid scéimreach den mhodh SE chun epitaxy 3C-SiC a fhás

Is teicneolaíocht fáis scannán tanaí chun cinn é epitaxy beam mhóilíneach (MBE), atá oiriúnach le haghaidh sraitheanna epitaxial 3C-SiC a fhás ar fhoshraitheanna 4H-SiC nó 6H-SiC. Is é bunphrionsabal an mhodha seo ná: i dtimpeallacht fholús ultra-ard, trí rialú beacht ar an bhfoinse gáis, téitear na heilimintí den chiseal epitaxial atá ag fás chun beam adamhach treorach nó bhíoma móilíneach a fhoirmiú agus eachtra ar dhromchla an tsubstráit téite le haghaidh fás epitaxial. Na coinníollacha coitianta maidir le fás 3C-SiCsraitheanna epitaxialar fhoshraitheanna 4H-SiC nó 6H-SiC tá: faoi choinníollacha saibhir sileacain, tá graphene agus foinsí carbóin íon corraithe isteach i substaintí gásacha le gunna leictreon, agus úsáidtear 1200-1350 ℃ mar an teocht imoibrithe. Is féidir fás heteroepitaxial 3C-SiC a fháil ag ráta fáis 0.01-0.1 nms-1 [13].

Conclúid agus Ionchas

Trí dhul chun cinn leanúnach teicneolaíochta agus taighde meicníochta domhain, táthar ag súil go mbeidh ról níos tábhachtaí ag teicneolaíocht heteroepitaxial 3C-SiC sa tionscal leathsheoltóra agus go gcuirfear chun cinn forbairt feistí leictreonacha ard-éifeachtúlachta. Mar shampla, leanúint ar aghaidh ag iniúchadh teicnící agus straitéisí fáis nua, mar shampla atmaisféar HCl a thabhairt isteach chun an ráta fáis a mhéadú agus dlús íseal locht a choinneáil, is é treo an taighde sa todhchaí; taighde domhain ar mheicníocht foirmithe lochtanna, agus forbairt teicnící tréithrithe níos forbartha, mar shampla anailís photoluminescence agus catodoluminescence, chun rialú locht níos cruinne a bhaint amach agus airíonna ábhar a bharrfheabhsú; Is é fás tapa scannán tiubh ard-chaighdeán 3C-SiC an eochair chun freastal ar riachtanais feistí ardvoltais, agus tá gá le tuilleadh taighde chun an t-iarmhéid idir ráta fáis agus aonfhoirmeacht ábhair a shárú; in éineacht le cur i bhfeidhm 3C-SiC i struchtúir ilchineálacha mar SiC/GaN, iniúchadh a dhéanamh ar a feidhmeanna féideartha i bhfeistí nua cosúil le leictreonaic cumhachta, comhtháthú optoelectronic agus próiseáil faisnéise chandamach.

Tagairtí:

[1] Nishino S , Hazuki Y , Matsunami H ,et al. Gaile Ceimiceach Scannáin β-Sicc Criostalach Aonair a Sheoladh ar Fhoshraith Sileacain le Ciseal Idirmheánach sic sputtered[J]. Iris an Chumainn Leictriceimiceach, 1980, 127(12):2674-2680.

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun, et al. Taighde ar fhás íseal-teocht ar scannáin tanaí chomhdhúile sileacain-bhunaithe [J]. .

[3] Tá Xia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, et al ..

[4] Seki K, Alexander, Kozawa S, et al. Fás polytype-roghnach SiC trí fhorsháithiú a rialú i bhfás tuaslagáin[J]. Journal of Crystal Growth, 2012, 360:176-180.

[5] Chen Yao, Zhao Fuqiang, Zhu Bingxian, He Shuai Forbhreathnú ar fhorbairt feistí cumhachta chomhdhúile sileacain sa bhaile agus thar lear [J].

[6] Li X , Wang G .CVD fás sraitheanna 3C-SiC ar fhoshraitheanna 4H-SiC le moirfeolaíocht fheabhsaithe[J].Solid State Communications, 2023:371.

[7] Hou Kaiwen.

[8]Lars, Hiller , Thomas, et al. Éifeachtaí Hidrigineachta in ECR-Eitseáil Struchtúir Mesa 3C-SiC(100)[J].Fóram Eolaíochta Ábhair, 2014.

[9] Xu Qingfang Scannáin tanaí 3C-SiC a ullmhú trí thaisceadh gaile ceimiceach léasair [D].

[10] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K , et al.3C-SiC/Si Heterostructure: Ardán Sármhaith le haghaidh Brathadóirí Suímhíogair Bunaithe ar Éifeacht Fótavoltach[J].Ábhair Fheidhmeach & Comhéadain ACS, 2019: 40987-4.

[11] Xin Bin.

[12] Dong Lín.

[13] Diani M , Simon L , Kubler L ,et al. Fás criostail de pholaitíopa 3C-SiC ar fhoshraith 6H-SiC(0001)[J]. Journal of Crystal Growth, 2002, 235(1):95-102.