Heteroepitaxy saka 3C-SiC: Ringkesan

1. Pangembangan Sajarah 3C-SiC

Pangembangan 3C-SiC, politipe silikon karbida sing signifikan, nggambarake kemajuan ilmu material semikonduktor sing terus-terusan. Ing taun 1980-an, Nishino et al. pisanan entuk film 3C-SiC sing kandel 4 μm ing substrat silikon nggunakake deposisi uap kimia (CVD) [1], nggawe dhasar kanggo teknologi film tipis 3C-SiC.

Taun 1990-an nandhani jaman keemasan kanggo riset SiC. Cree Research Inc. ngluncurake chip 6H-SiC lan 4H-SiC ing taun 1991 lan 1994, nyurung komersialisasi piranti semikonduktor SiC. Kemajuan teknologi iki nggawe dhasar kanggo riset lan aplikasi 3C-SiC sabanjure.

Ing wiwitan abad kaping 21, film SiC berbasis silikon uga ngalami kemajuan sing signifikan ing China. Ye Zhizhen et al. film SiC digawe ing substrat silikon nggunakake CVD ing suhu kurang ing 2002 [2], nalika An Xia et al. entuk asil sing padha nggunakake magnetron sputtering ing suhu kamar ing 2001 [3].

Nanging, ora cocog kisi gedhe antarane Si lan SiC (kira-kira 20%) nyebabake kapadhetan cacat dhuwur ing lapisan epitaxial 3C-SiC, utamane wates posisi ganda (DPB). Kanggo nyuda iki, peneliti milih substrat kaya 6H-SiC, 15R-SiC, utawa 4H-SiC kanthi orientasi (0001) kanggo ngembangake lapisan epitaxial 3C-SiC, saéngga nyuda kapadhetan cacat. Contone, ing 2012, Seki, Kazuaki et al. ngusulake teknik kontrol polimorfisme kinetik, nggayuh pertumbuhan selektif 3C-SiC lan 6H-SiC ing wiji 6H-SiC(0001) kanthi ngontrol supersaturasi [4-5]. Ing 2023, Xun Li et al. kasil entuk lapisan epitaxial 3C-SiC sing mulus tanpa DPB ing substrat 4H-SiC nggunakake pertumbuhan CVD sing dioptimalake kanthi tingkat 14 μm / h [6].

2. Struktur Crystal lan Aplikasi saka 3C-SiC

Ing antarane akeh politipe SiC, 3C-SiC, uga dikenal minangka β-SiC, minangka siji-sijine politipe kubik. Ing struktur kristal iki, atom Si lan C ana ing rasio siji-kanggo-siji, mbentuk sel satuan tetrahedral kanthi ikatan kovalen sing kuwat. Struktur kasebut ditondoi dening lapisan ganda Si-C sing disusun ing urutan ABC-ABC-…, kanthi saben sel unit ngemot telung lapisan ganda kasebut, dilambangake karo notasi C3. Gambar 1 nggambarake struktur kristal 3C-SiC.

                                                                                                                                                                           Gambar 1. Struktur kristal 3C-SiC

Saiki, silikon (Si) minangka bahan semikonduktor sing paling akeh digunakake kanggo piranti listrik. Nanging, watesan gawan sawijining mbatesi kinerja. Dibandhingake karo 4H-SiC lan 6H-SiC, 3C-SiC nduweni mobilitas elektron teoretis paling dhuwur ing suhu kamar (1000 cm2·V-1·s-1), dadi luwih mupangati kanggo aplikasi MOSFET. Kajaba iku, voltase rusak sing dhuwur, konduktivitas termal sing apik, kekerasan dhuwur, celah pita lebar, resistensi suhu dhuwur, lan resistensi radiasi nggawe 3C-SiC njanjeni banget kanggo aplikasi ing elektronika, optoelektronik, sensor, lan lingkungan sing ekstrem:

Aplikasi Daya Dhuwur, Frekuensi Dhuwur, lan Suhu Dhuwur: Tegangan risak dhuwur 3C-SiC lan mobilitas elektron sing dhuwur ndadekake becik kanggo nggawe piranti daya kaya MOSFET, utamane ing lingkungan sing nuntut [7].

Sistem Nanoelektronik dan Mikroelektromekanik (MEMS): Kompatibilitas karo teknologi silikon ngidini kanggo nggawe struktur nano, mbisakake aplikasi ing nanoelectronics lan piranti MEMS [8].

Optoelektronik:Minangka bahan semikonduktor celah pita lebar, 3C-SiC cocok kanggo dioda pemancar cahya biru (LED). Efisiensi cahya sing dhuwur lan gampang doping ndadekake atraktif kanggo aplikasi ing cahya, teknologi tampilan, lan laser [9].

Sensor:3C-SiC digunakake ing detektor sensitif posisi, utamane detektor sensitif posisi titik laser adhedhasar efek fotovoltaik lateral. Detektor kasebut nuduhake sensitivitas dhuwur ing kahanan bias nol, saengga cocog kanggo aplikasi posisi presisi [10].

3. Metode Preparation kanggo 3C-SiC Heteroepitaxy

Cara umum kanggo heteroepitaksi 3C-SiC kalebu deposisi uap kimia (CVD), epitaksi sublimasi (SE), epitaksi fase cair (LPE), epitaksi sinar molekul (MBE), lan sputtering magnetron. CVD minangka cara sing disenengi kanggo epitaksi 3C-SiC amarga kontrol lan adaptasi ing syarat-syarat suhu, aliran gas, tekanan kamar, lan wektu reaksi, supaya bisa ngoptimalake kualitas lapisan epitaxial.

Deposisi Uap Kimia (CVD):Senyawa gas sing ngemot Si lan C dilebokake ing kamar reaksi lan dipanasake nganti temperatur dhuwur, sing nyebabake dekomposisi. Atom Si lan C banjur disimpen ing substrat, biasane Si, 6H-SiC, 15R-SiC, utawa 4H-SiC [11]. Reaksi iki biasane dumadi antarane 1300-1500 ° C. Sumber Si umum kalebu SiH4, TCS, lan MTS, dene sumber C utamane C2H4 lan C3H8, kanthi H2 minangka gas pembawa. Gambar 2 nggambarake skema proses CVD [12].

                                                                                                                                                               Gambar 2. Skema proses CVD

Sublimasi Epitaksi (SE):Ing metode iki, substrat 6H-SiC utawa 4H-SiC diselehake ing ndhuwur crucible, kanthi bubuk SiC kemurnian dhuwur minangka bahan sumber ing sisih ngisor. Crucible digawe panas nganti 1900-2100 ° C liwat induksi frekuensi radio, njaga suhu substrat luwih murah tinimbang suhu sumber kanggo nggawe gradien suhu aksial. Iki ngidini SiC sing disublimasi kanggo kondensasi lan kristal ing substrat, mbentuk heteroepitaksi 3C-SiC.

Molecular Beam Epitaxy (MBE):Teknik pertumbuhan film tipis sing maju iki cocog kanggo ngembangake lapisan epitaxial 3C-SiC ing substrat 4H-SiC utawa 6H-SiC. Ing vakum ultra-dhuwur, kontrol gas sumber sing tepat mbisakake pambentukan sinar atom utawa molekuler saka unsur konstituen. Balok iki diarahake menyang permukaan substrat sing digawe panas kanggo pertumbuhan epitaxial.

4. Kesimpulan lan Outlook

Kanthi kemajuan teknologi sing terus-terusan lan studi mekanistik sing jero, heteroepitaxy 3C-SiC siap main peran sing tambah penting ing industri semikonduktor, nyopir pangembangan piranti elektronik sing efisien energi. Njelajah Techniques wutah anyar, kayata ngenalke atmosfer HCl kanggo nambah tingkat wutah nalika njaga Kapadhetan kurang cacat, punika avenue janjeni kanggo riset mangsa. Penyelidikan luwih lanjut babagan mekanisme pembentukan cacat lan pangembangan teknik karakterisasi sing luwih maju bakal ngidini kontrol cacat sing tepat lan properti materi sing dioptimalake. Wutah kanthi cepet saka film 3C-SiC sing kandel lan kandel penting banget kanggo nyukupi panjaluk piranti voltase dhuwur, mbutuhake riset luwih lanjut kanggo ngatasi keseimbangan antara tingkat pertumbuhan lan keseragaman materi. Kanthi nggunakake aplikasi 3C-SiC ing heterostructures kaya SiC / GaN, potensial ing piranti novel kayata elektronika daya, integrasi optoelektronik, lan pangolahan informasi kuantum bisa ditliti kanthi lengkap.

Referensi:

[1] Nishino S, Hazuki Y, Matsunami H, et al. Deposisi Uap Kimia saka Film β-SiC Kristal Tunggal ing Substrat Silikon kanthi Lapisan Penengah SiC Sputtered [J].Jurnal The Electrochemical Society, 1980, 127(12):2674-2680.

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun, et al. Riset babagan pertumbuhan suhu rendah film tipis silikon karbida [J]. .

[3] An Xia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, et al. Preparation of nano-SiC film tipis dening magnetron sputtering ing (111) Si substrate [J]. ..

[4] Seki K, Alexander, Kozawa S, et al. Wutah politipe-selektif saka SiC kanthi kontrol supersaturasi ing wutah solusi [J]. Jurnal Pertumbuhan Kristal, 2012, 360: 176-180.

[5] Chen Yao, Zhao Fuqiang, Zhu Bingxian, He Shuai Ringkesan pangembangan piranti listrik karbida silikon ing omah lan ing luar negeri [J].

[6] Li X, Wang G. Wutah CVD saka lapisan 3C-SiC ing substrat 4H-SiC kanthi morfologi sing luwih apik [J].Solid State Communications, 2023:371.

[7] Hou Kaiwen Riset babagan substrat berpola Si lan aplikasi ing 3C-SiC Universitas Teknologi, 2018.

[8] Lars, Hiller, Thomas, et al. Efek Hidrogen ing ECR-Etching saka 3C-SiC(100) Mesa Structures[J].Materials Science Forum, 2014.

[9] Xu Qingfang Persiapan film tipis 3C-SiC kanthi deposisi uap kimia laser [D].

[10] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K , et al.3C-SiC/Si Heterostructure: Platform sing Apik banget kanggo Detektor Sensitif Posisi Adhedhasar Efek Fotovoltaik[J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2019: 40980-40987.

[11] Xin Bin 3C / 4H-SiC pertumbuhan heteroepitaxial adhedhasar proses CVD: karakterisasi cacat lan evolusi [D].

[12] Dong Lin. Teknologi pertumbuhan epitaxial multi-wafer gedhe lan karakterisasi sifat fisik silikon karbida [D].

[13] Diani M , Simon L , Kubler L ,et al. Wutah kristal politipe 3C-SiC ing substrat 6H-SiC (0001) [J]. Jurnal Pertumbuhan Kristal, 2002, 235 (1): 95-102.