1. ആമുഖം
പതിറ്റാണ്ടുകളായി നടത്തിയ ഗവേഷണങ്ങൾക്കിടയിലും, സിലിക്കൺ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ വളർത്തിയ ഹെറ്ററോഎപിറ്റാക്സിയൽ 3C-SiC വ്യാവസായിക ഇലക്ട്രോണിക് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ആവശ്യമായ ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരം ഇതുവരെ നേടിയിട്ടില്ല. സാധാരണയായി Si(100) അല്ലെങ്കിൽ Si(111) സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലാണ് വളർച്ച നടത്തുന്നത്, ഓരോന്നും വ്യത്യസ്തമായ വെല്ലുവിളികൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നു: (100) നുള്ള ആന്റി-ഫേസ് ഡൊമെയ്‌നുകളും (111) നുള്ള ക്രാക്കിംഗും. [111]-ഓറിയന്റഡ് ഫിലിമുകൾ കുറഞ്ഞ വൈകല്യ സാന്ദ്രത, മെച്ചപ്പെട്ട ഉപരിതല രൂപഘടന, കുറഞ്ഞ സമ്മർദ്ദം തുടങ്ങിയ വാഗ്ദാനപരമായ സവിശേഷതകൾ പ്രകടിപ്പിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, (110) ഉം (211) ഉം പോലുള്ള ഇതര ഓറിയന്റേഷനുകൾ ഇപ്പോഴും പഠിച്ചിട്ടില്ല. നിലവിലുള്ള ഡാറ്റ സൂചിപ്പിക്കുന്നത് ഒപ്റ്റിമൽ വളർച്ചാ സാഹചര്യങ്ങൾ ഓറിയന്റേഷൻ-നിർദ്ദിഷ്ടമായിരിക്കാമെന്നും ഇത് വ്യവസ്ഥാപിത അന്വേഷണത്തെ സങ്കീർണ്ണമാക്കുമെന്നും ആണ്. ശ്രദ്ധേയമായി, 3C-SiC ഹെറ്ററോഎപിറ്റാക്സിക്ക് ഉയർന്ന-മില്ലർ-ഇൻഡെക്സ് Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ (ഉദാ, (311), (510)) ഉപയോഗം ഒരിക്കലും റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടില്ല, ഇത് ഓറിയന്റേഷൻ-ആശ്രിത വളർച്ചാ സംവിധാനങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പര്യവേക്ഷണ ഗവേഷണത്തിന് ഗണ്യമായ ഇടം നൽകുന്നു.
2. പരീക്ഷണാത്മകം
SiH4/C3H8/H2 മുൻഗാമി വാതകങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് അന്തരീക്ഷമർദ്ദ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം (CVD) വഴി 3C-SiC പാളികൾ നിക്ഷേപിച്ചു. വിവിധ ഓറിയന്റേഷനുകളുള്ള 1 cm² Si വേഫറുകളായിരുന്നു സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), (995). (100) ഒഴികെയുള്ള എല്ലാ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും ഓൺ-ആക്സിസിലായിരുന്നു, അവിടെ 2° ഓഫ്-കട്ട് വേഫറുകൾ അധികമായി പരീക്ഷിച്ചു. പ്രീ-ഗ്രോത്ത് ക്ലീനിംഗിൽ മെഥനോളിൽ അൾട്രാസോണിക് ഡീഗ്രേസിംഗ് ഉൾപ്പെടുന്നു. 1000°C-ൽ H2 അനീലിംഗ് വഴി നേറ്റീവ് ഓക്സൈഡ് നീക്കം ചെയ്യൽ ഉൾപ്പെട്ടതാണ് വളർച്ചാ പ്രോട്ടോക്കോൾ, തുടർന്ന് ഒരു സ്റ്റാൻഡേർഡ് രണ്ട്-ഘട്ട പ്രക്രിയ: 1165°C-ൽ 12 sccm C3H8 ഉപയോഗിച്ച് 10 മിനിറ്റ് കാർബറൈസേഷൻ, തുടർന്ന് 1350°C-ൽ 60 മിനിറ്റ് എപ്പിറ്റാക്സി (C/Si അനുപാതം = 4) 1.5 sccm SiH4 ഉം 2 sccm C3H8 ഉം ഉപയോഗിച്ച്. ഓരോ വളർച്ചാ റണ്ണിലും കുറഞ്ഞത് ഒരു (100) റഫറൻസ് വേഫറുള്ള നാലോ അഞ്ചോ വ്യത്യസ്ത Si ഓറിയന്റേഷനുകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു.
3. ഫലങ്ങളും ചർച്ചയും
വിവിധ Si അടിവസ്ത്രങ്ങളിൽ വളർത്തിയ 3C-SiC പാളികളുടെ രൂപഘടന (ചിത്രം 1) വ്യത്യസ്തമായ ഉപരിതല സവിശേഷതകളും പരുക്കനും കാണിച്ചു. കാഴ്ചയിൽ, Si(100), (211), (311), (553), (995) എന്നിവയിൽ വളർത്തിയ സാമ്പിളുകൾ കണ്ണാടി പോലെ കാണപ്പെട്ടു, മറ്റുള്ളവ പാൽ പോലെയുള്ള ((331), (510)) മുതൽ മങ്ങിയ ((110), (111) വരെയായിരുന്നു. ഏറ്റവും മിനുസമാർന്ന പ്രതലങ്ങൾ (ഏറ്റവും മികച്ച സൂക്ഷ്മഘടന കാണിക്കുന്ന) (100)2° ഓഫ്, (995) അടിവസ്ത്രങ്ങളിൽ ലഭിച്ചു. ശ്രദ്ധേയമായി, തണുപ്പിച്ചതിനുശേഷം എല്ലാ പാളികളും വിള്ളലുകളില്ലാതെ തുടർന്നു, സാധാരണയായി സമ്മർദ്ദത്തിന് സാധ്യതയുള്ള 3C-SiC(111) ഉൾപ്പെടെ. പരിമിതമായ സാമ്പിൾ വലുപ്പം വിള്ളലുകൾ തടഞ്ഞിരിക്കാം, എന്നിരുന്നാലും ചില സാമ്പിളുകൾ അടിഞ്ഞുകൂടിയ താപ സമ്മർദ്ദം കാരണം 1000× മാഗ്നിഫിക്കേഷനിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പിയിൽ കണ്ടെത്താവുന്ന കുനിയൽ (മധ്യത്തിൽ നിന്ന് അരികിലേക്ക് 30-60 μm വ്യതിചലനം) പ്രദർശിപ്പിച്ചു. Si(111), (211), (553) എന്നീ അടിവസ്ത്രങ്ങളിൽ വളർത്തിയ ഉയർന്ന വളഞ്ഞ പാളികൾ ടെൻസൈൽ സ്ട്രെയിൻ സൂചിപ്പിക്കുന്ന കോൺകേവ് ആകൃതികൾ പ്രദർശിപ്പിച്ചു, ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫിക് ഓറിയന്റേഷനുമായി പരസ്പരബന്ധിതമാകുന്നതിന് കൂടുതൽ പരീക്ഷണാത്മകവും സൈദ്ധാന്തികവുമായ പ്രവർത്തനങ്ങൾ ആവശ്യമായി വന്നു.
വ്യത്യസ്ത ഓറിയന്റേഷനുകളുള്ള Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിൽ വളർത്തിയ 3C-SC പാളികളുടെ XRD, AFM (20×20 μm2-ൽ സ്കാനിംഗ്) ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 1 സംഗ്രഹിക്കുന്നു.
ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പി (AFM) ചിത്രങ്ങൾ (ചിത്രം 2) ഒപ്റ്റിക്കൽ നിരീക്ഷണങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിച്ചു. റൂട്ട്-മീൻ-സ്‌ക്വയർ (RMS) മൂല്യങ്ങൾ (100)2° ഓഫ്, (995) സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളിലെ ഏറ്റവും മിനുസമാർന്ന പ്രതലങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിച്ചു, 400-800 nm ലാറ്ററൽ അളവുകളുള്ള ധാന്യം പോലുള്ള ഘടനകൾ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. (110)-വളർന്ന പാളിയാണ് ഏറ്റവും പരുക്കൻ, അതേസമയം ഇടയ്ക്കിടെ മൂർച്ചയുള്ള അതിരുകളുള്ള നീളമേറിയതും/അല്ലെങ്കിൽ സമാന്തരവുമായ സവിശേഷതകൾ മറ്റ് ഓറിയന്റേഷനുകളിൽ ((331), (510) പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു. എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ (XRD) θ-2θ സ്കാനുകൾ (പട്ടിക 1 ൽ സംഗ്രഹിച്ചിരിക്കുന്നു) താഴ്ന്ന-മില്ലർ-ഇൻഡെക്സ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്കുള്ള വിജയകരമായ ഹെറ്ററോഎപിറ്റാക്സി വെളിപ്പെടുത്തി, Si(110) ഒഴികെ, പോളിക്രിസ്റ്റാലിനിറ്റി സൂചിപ്പിക്കുന്ന മിക്സഡ് 3C-SiC(111) ഉം (110) കൊടുമുടികളും കാണിച്ചു. Si(110) ന് ഈ ഓറിയന്റേഷൻ മിശ്രണം മുമ്പ് റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തിട്ടുണ്ട്, എന്നിരുന്നാലും ചില പഠനങ്ങൾ എക്സ്ക്ലൂസീവ് (111)-ഓറിയന്റഡ് 3C-SiC നിരീക്ഷിച്ചു, വളർച്ചാ അവസ്ഥ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ നിർണായകമാണെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. മില്ലർ സൂചികകൾ ≥5 ((510), (553), (995)) എന്നിവയ്ക്ക്, സ്റ്റാൻഡേർഡ് θ-2θ കോൺഫിഗറേഷനിൽ XRD കൊടുമുടികളൊന്നും കണ്ടെത്തിയില്ല, കാരണം ഈ ഉയർന്ന സൂചിക തലങ്ങൾ ഈ ജ്യാമിതിയിൽ വ്യതിചലനമില്ലാത്തവയാണ്. താഴ്ന്ന സൂചിക 3C-SiC കൊടുമുടികളുടെ അഭാവം (ഉദാ: (111), (200)) ഒറ്റ-ക്രിസ്റ്റലിൻ വളർച്ചയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു, താഴ്ന്ന സൂചിക തലങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള വ്യതിചലനം കണ്ടെത്തുന്നതിന് സാമ്പിൾ ടിൽറ്റിംഗ് ആവശ്യമാണ്.
CFC ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയ്ക്കുള്ളിലെ തലം കോണിന്റെ കണക്കുകൂട്ടൽ ചിത്രം 2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.
ഉയർന്ന സൂചികയും താഴ്ന്ന സൂചികയും ഉള്ള തലങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള കണക്കാക്കിയ ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫിക് കോണുകൾ (പട്ടിക 2) വലിയ തെറ്റായ ദിശാസൂചനകൾ കാണിച്ചു (>10°), ഇത് സ്റ്റാൻഡേർഡ് θ-2θ സ്കാനുകളിൽ അവയുടെ അഭാവം വിശദീകരിക്കുന്നു. അതിനാൽ (995)-ഓറിയന്റഡ് സാമ്പിളിൽ അസാധാരണമായ ഗ്രാനുലാർ രൂപഘടനയും (കോളം വളർച്ചയിൽ നിന്നോ ഇരട്ടയിൽ നിന്നോ ഉണ്ടാകാൻ സാധ്യതയുണ്ട്) കുറഞ്ഞ പരുക്കനും കാരണം പോൾ ഫിഗർ വിശകലനം നടത്തി. Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ നിന്നും 3C-SiC പാളിയിൽ നിന്നുമുള്ള (111) പോൾ ഫിഗറുകൾ (ചിത്രം 3) ഏതാണ്ട് സമാനമായിരുന്നു, ഇരട്ടയില്ലാതെ എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ച സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു. സൈദ്ധാന്തിക (111)-(995) കോണുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന കേന്ദ്ര ബിന്ദു χ≈15° ൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു. പ്രതീക്ഷിച്ച സ്ഥാനങ്ങളിൽ (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7°, 33.6°) മൂന്ന് സമമിതി-തുല്യമായ പാടുകൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു, എന്നിരുന്നാലും χ=62°/φ=93.3° എന്നതിൽ പ്രവചനാതീതമായ ഒരു ദുർബലമായ സ്ഥലം കൂടുതൽ അന്വേഷണം ആവശ്യമാണ്. φ-സ്കാനുകളിൽ സ്പോട്ട് വീതി വഴി വിലയിരുത്തിയ ക്രിസ്റ്റലിൻ ഗുണനിലവാരം പ്രതീക്ഷ നൽകുന്നതായി തോന്നുന്നു, എന്നിരുന്നാലും അളവ് അളക്കുന്നതിന് റോക്കിംഗ് കർവ് അളവുകൾ ആവശ്യമാണ്. (510), (553) സാമ്പിളുകളുടെ ധ്രുവ കണക്കുകൾ അവയുടെ അനുമാനിച്ച എപ്പിറ്റാക്സിയൽ സ്വഭാവം സ്ഥിരീകരിക്കുന്നതിന് ഇനിയും പൂർത്തിയാക്കേണ്ടതുണ്ട്.
ചിത്രം 3 (995) ഓറിയന്റഡ് സാമ്പിളിൽ രേഖപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്ന XRD പീക്ക് ഡയഗ്രം കാണിക്കുന്നു, ഇത് Si സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് (a) ന്റെയും 3C-SiC ലെയറിന്റെയും (b) (111) തലങ്ങൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു.
4. ഉപസംഹാരം
(110) ഒഴികെയുള്ള മിക്ക Si ഓറിയന്റേഷനുകളിലും ഹെറ്ററോഎപിറ്റാക്സിയൽ 3C-SiC വളർച്ച വിജയിച്ചു, ഇത് പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ മെറ്റീരിയൽ നൽകി. Si(100)2° ഓഫ്, (995) സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ ഏറ്റവും മിനുസമാർന്ന പാളികൾ (RMS <1 nm) ഉൽ‌പാദിപ്പിച്ചു, അതേസമയം (111), (211), (553) എന്നിവ ഗണ്യമായ ബോവിംഗ് (30-60 μm) കാണിച്ചു. θ-2θ കൊടുമുടികളുടെ അഭാവം കാരണം എപ്പിറ്റാക്സി സ്ഥിരീകരിക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന-സൂചിക സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്ക് വിപുലമായ XRD സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ (ഉദാ. പോൾ ഫിഗറുകൾ) ആവശ്യമാണ്. ഈ പര്യവേക്ഷണ പഠനം പൂർത്തിയാക്കുന്നതിന് റോക്കിംഗ് കർവ് അളവുകൾ, രാമൻ സ്ട്രെസ് വിശകലനം, അധിക ഉയർന്ന-സൂചിക ഓറിയന്റേഷനുകളിലേക്കുള്ള വികാസം എന്നിവ നിലവിലുള്ള ജോലികളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.
ലംബമായി സംയോജിപ്പിച്ച ഒരു നിർമ്മാതാവ് എന്ന നിലയിൽ, XKH, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ സമഗ്രമായ പോർട്ട്‌ഫോളിയോ ഉപയോഗിച്ച് പ്രൊഫഷണൽ ഇഷ്ടാനുസൃത പ്രോസസ്സിംഗ് സേവനങ്ങൾ നൽകുന്നു, 4H/6H-N, 4H-സെമി, 4H/6H-P, 3C-SiC എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള സ്റ്റാൻഡേർഡ്, സ്പെഷ്യലൈസ്ഡ് തരങ്ങൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇവ 2-ഇഞ്ച് മുതൽ 12-ഇഞ്ച് വരെ വ്യാസങ്ങളിൽ ലഭ്യമാണ്. ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ച, കൃത്യതയുള്ള മെഷീനിംഗ്, ഗുണനിലവാര ഉറപ്പ് എന്നിവയിലെ ഞങ്ങളുടെ എൻഡ്-ടു-എൻഡ് വൈദഗ്ദ്ധ്യം പവർ ഇലക്ട്രോണിക്സ്, RF, ഉയർന്നുവരുന്ന ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ എന്നിവയ്ക്ക് അനുയോജ്യമായ പരിഹാരങ്ങൾ ഉറപ്പാക്കുന്നു.
പോസ്റ്റ് സമയം: ഓഗസ്റ്റ്-08-2025