3C-SiC ၏ Heteroepitaxy- ခြုံငုံသုံးသပ်ချက်

1. 3C-SiC ၏ သမိုင်းဆိုင်ရာ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှု

ဆီလီကွန်ကာဗိုက်၏ သိသာထင်ရှားသော polytype ဖြစ်သော 3C-SiC သည် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းသိပ္ပံ၏ စဉ်ဆက်မပြတ်တိုးတက်မှုကို ထင်ဟပ်စေသည်။ 1980 ခုနှစ်များတွင်, Nishino et al. 3C-SiC ပါးလွှာသောဖလင်နည်းပညာအတွက် အုတ်မြစ်ချသော ဓာတုအငွေ့ပျံခြင်း (CVD)[1] ကို အသုံးပြု၍ ဆီလီကွန်အလွှာပေါ်တွင် 4 µm အထူ 3C-SiC ဖလင်ကို ပထမဆုံး အောင်မြင်ခဲ့သည်။

1990 ခုနှစ်များသည် SiC သုတေသနအတွက် ရွှေခေတ်ဖြစ်သည်။ Cree Research Inc. ၏ 1991 နှင့် 1994 တွင် 6H-SiC နှင့် 4H-SiC ချစ်ပ်များ အသီးသီး စတင်ရောင်းချခြင်းဖြင့် SiC တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း ကိရိယာများကို စီးပွားဖြစ်ဖြစ်အောင် တွန်းအားပေးခဲ့သည်။ ဤနည်းပညာတိုးတက်မှုသည် 3C-SiC ၏ နောက်ဆက်တွဲ သုတေသနနှင့် အသုံးချမှုများအတွက် အခြေခံအုတ်မြစ်ကို ချပေးခဲ့သည်။

21 ရာစုအစောပိုင်းတွင်၊ ဆီလီကွန်အခြေခံ SiC ရုပ်ရှင်များသည် တရုတ်နိုင်ငံတွင် သိသာထင်ရှားသောတိုးတက်မှုကို မြင်တွေ့ခဲ့ရသည်။ Ye Zhizhen et al ။ An Xia et al သည် 2002 ခုနှစ်တွင် အပူချိန်နိမ့်သော CVD ကို အသုံးပြု၍ SiC ရုပ်ရှင်များကို ဆီလီကွန်အလွှာများပေါ်တွင် ပုံဖော်ခဲ့သည်။ ၂၀၀၁ ခုနှစ်တွင် အခန်းအပူချိန်တွင် magnetron sputtering ကို အသုံးပြု၍ အလားတူရလဒ်များ ရရှိခဲ့သည်။

သို့ရာတွင်၊ Si နှင့် SiC အကြား ကြီးမားသော ရာဇမတ်ကွက်များ မညီမှုသည် (ခန့်မှန်းခြေ 20%) သည် 3C-SiC epitaxial အလွှာ၊ အထူးသဖြင့် နှစ်ထပ်နေရာချထားမှုနယ်နိမိတ်များ (DPBs) တွင် ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆ မြင့်မားစေသည်။ ယင်းကို လျော့ပါးစေရန် သုတေသီများသည် 6H-SiC၊ 15R-SiC၊ သို့မဟုတ် 4H-SiC ကဲ့သို့သော အလွှာများအတွက် (0001) တိမ်းညွတ်မှုဖြင့် 3C-SiC epitaxial အလွှာများ ကြီးထွားလာသည့်အတွက် ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆကို လျှော့ချပေးသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ 2012 ခုနှစ်တွင် Seki, Kazuaki et al. supersaturation ကိုထိန်းချုပ်ခြင်းဖြင့် 6H-SiC(0001) မျိုးစေ့များပေါ်တွင် 3C-SiC နှင့် 6H-SiC တို့၏ ကြီးထွားမှုကို ရရှိနိုင်စေရန် အရွေ့ပိုလီမော်ဖဇင် ထိန်းချုပ်မှုနည်းပညာကို အဆိုပြုခဲ့သည်။ 2023 ခုနှစ်တွင် Xun Li et al ။ 14 μm/h[6] နှုန်းဖြင့် ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ထားသော CVD ကြီးထွားမှုကို အသုံးပြု၍ 4H-SiC အလွှာများတွင် DPBs ကင်းစင်သော ချောမွေ့သော 3C-SiC epitaxial အလွှာများကို အောင်မြင်စွာရရှိခဲ့သည်။

2. Crystal Structure နှင့် 3C-SiC ၏ အသုံးပြုပုံများ

SiC polytypes မြောက်မြားစွာရှိသည့်အနက် 3C-SiC သည် β-SiC ဟုလည်းလူသိများသော တစ်ခုတည်းသောကုဗ polytype ဖြစ်သည်။ ဤပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံတွင် Si နှင့် C အက်တမ်များသည် ခိုင်မာသော covalent နှောင်ကြိုးများပါရှိသော tetrahedral ယူနစ်ဆဲလ်တစ်ခုအား တစ်ပုံမှတစ်ပုံ အချိုးဖြင့်တည်ရှိသည်။ ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံသည် ABC-ABC-… အစီအစဥ်တွင် စီစဥ်ထားသည့် Si-C bilayers များဖြင့် လက္ခဏာရပ်ဖြစ်ပြီး ယူနစ်ဆဲလ်တစ်ခုစီတွင် ထိုသို့သော bilayers သုံးခုပါရှိသော C3 သင်္ကေတဖြင့် ဖော်ပြသည်။ ပုံ 1 သည် 3C-SiC ၏ ပုံဆောင်ခဲဖွဲ့စည်းပုံကို သရုပ်ဖော်သည်။

                                                                                                                                                                           ပုံ 1. 3C-SiC ၏ သလင်းကျောက်ဖွဲ့စည်းပုံ

လက်ရှိတွင် ဆီလီကွန် (Si) သည် ပါဝါစက်များအတွက် အသုံးအများဆုံး တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းဖြစ်သည်။ သို့သော် ၎င်း၏မွေးရာပါ ကန့်သတ်ချက်များသည် ၎င်း၏စွမ်းဆောင်ရည်ကို ကန့်သတ်ထားသည်။ 4H-SiC နှင့် 6H-SiC တို့နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက 3C-SiC သည် အခန်းအပူချိန် (1000 cm2·V-1·s-1) တွင် သီအိုရီအရ အမြင့်ဆုံး အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှုကို ပိုင်ဆိုင်သည်)၊ ထို့အပြင်၊ ၎င်း၏မြင့်မားသောပြိုကွဲဗို့အား၊ အလွန်ကောင်းမွန်သောအပူစီးကူးမှု၊ မြင့်မားသောမာကျောမှု၊ ကျယ်ပြန့်သော bandgap၊ မြင့်မားသောအပူချိန်ခုခံမှုနှင့် ဓာတ်ရောင်ခြည်ခံနိုင်ရည်တို့ကို 3C-SiC သည် အီလက်ထရွန်နစ်ပစ္စည်း၊ optoelectronics၊ အာရုံခံကိရိယာများနှင့် လွန်ကဲသောပတ်ဝန်းကျင်များတွင် အသုံးပြုသူများအတွက် အလားအလာအလွန်ကောင်းသည်-

High-Power, High-Frequency, and High-Temperature Applications- 3C-SiC ၏ မြင့်မားသောပြိုကွဲဗို့အားနှင့် မြင့်မားသော အီလက်ထရွန် ရွေ့လျားနိုင်မှုတို့သည် MOSFETs ကဲ့သို့သော ပါဝါစက်ပစ္စည်းများ ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် အထူးသင့်လျော်သော လိုအပ်ချက်ရှိသော ပတ်ဝန်းကျင်များတွင် MOSFETs ကဲ့သို့သော စွမ်းအင်သုံးပစ္စည်းများကို ထုတ်လုပ်ရန်အတွက် စံပြဖြစ်စေပါသည်။

နာနိုအီလက်ထရွန်းနစ်နှင့် မိုက်ခရိုအီလက်ထရွန်းနစ်စက်စနစ်များ (MEMS): ဆီလီကွန်နည်းပညာနှင့် လိုက်ဖက်ညီမှုသည် နာနိုစကေးဖွဲ့စည်းပုံများကို ဖန်တီးနိုင်စေကာ နာနိုအီလက်ထရွန်းနစ်နှင့် MEMS စက်များတွင် အသုံးချမှုများကို လုပ်ဆောင်နိုင်စေသည်[8]။

Optoelectronics-wide-bandgap semiconductor material အနေဖြင့် 3C-SiC သည် blue light-emitting diodes (LEDs) အတွက် သင့်လျော်ပါသည်။ ၎င်း၏ မြင့်မားသော တောက်ပသော ထိရောက်မှု နှင့် တားမြစ်ဆေး သုံးစွဲရ လွယ်ကူမှု သည် အလင်းရောင် ၊ ပြသမှု နည်းပညာ နှင့် လေဆာ များတွင် အသုံးချမှု များအတွက် ဆွဲဆောင်မှု ဖြစ်စေသည်[9]။

အာရုံခံကိရိယာများ-3C-SiC ကို နှစ်ဖက်လုံးမှ photovoltaic အကျိုးသက်ရောက်မှုအပေါ် အခြေခံ၍ တည်နေရာ-အာရုံခံကိရိယာများ အထူးသဖြင့် လေဆာအစက်အပြောက် အနေအထား-အာရုံခံကိရိယာများကို အသုံးပြုထားသည်။ ဤ detectors များသည် တိကျသောနေရာချထားခြင်းဆိုင်ရာ အက်ပ်လီကေးရှင်းများအတွက် သင့်လျော်မှု မရှိစေဘဲ သုညဘက်လိုက်မှုအခြေအနေအောက်တွင် မြင့်မားသော အာရုံခံနိုင်စွမ်းကိုပြသသည်။

3. 3C-SiC Heteroepitaxy အတွက် ကြိုတင်ပြင်ဆင်မှုနည်းလမ်းများ

3C-SiC heteroepitaxy အတွက် အသုံးများသော နည်းလမ်းများတွင် ဓာတုအငွေ့များ စုပုံခြင်း (CVD)၊ sublimation epitaxy (SE)၊ liquid phase epitaxy (LPE)၊ molecular beam epitaxy (MBE) နှင့် magnetron sputtering တို့ ပါဝင်သည်။ CVD သည် အပူချိန်၊ ဓာတ်ငွေ့စီးဆင်းမှု၊ အခန်းတွင်း ဖိအားနှင့် တုံ့ပြန်မှုအချိန်တို့တွင် ၎င်း၏ထိန်းချုပ်နိုင်မှုနှင့် လိုက်လျောညီထွေရှိမှုတို့ကြောင့် 3C-SiC epitaxy အတွက် ဦးစားပေးနည်းလမ်းဖြစ်သည်။

Chemical Vapor Deposition (CVD)-Si နှင့် C ပါရှိသော ဓာတ်ငွေ့များကို ဓာတ်ပြုခန်းထဲသို့ ထည့်သွင်းပြီး မြင့်မားသော အပူချိန်တွင် အပူပေးကာ ၎င်းတို့၏ ဆွေးမြေ့မှုကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ Si နှင့် C အက်တမ်များသည် ပုံမှန်အားဖြင့် Si၊ 6H-SiC၊ 15R-SiC သို့မဟုတ် 4H-SiC [11] ၏ အလွှာတစ်ခုပေါ်သို့ အပ်နှံသည်။ ဤတုံ့ပြန်မှုသည် ပုံမှန်အားဖြင့် 1300-1500°C အကြား ဖြစ်ပေါ်သည်။ အသုံးများသော Si ရင်းမြစ်များတွင် SiH4၊ TCS နှင့် MTS တို့ပါဝင်ပြီး C အရင်းအမြစ်များသည် အဓိကအားဖြင့် C2H4 နှင့် C3H8 ဖြစ်ပြီး H2 သည် သယ်ဆောင်သူဓာတ်ငွေ့အဖြစ် ပါဝင်သည်။ ပုံ 2 သည် CVD လုပ်ငန်းစဉ်၏ သရုပ်ဖော်ပုံ[12]။

                                                                                                                                                               ပုံ ၂။ CVD လုပ်ငန်းစဉ်၏ ဇယား

Sublimation Epitaxy (SE):ဤနည်းလမ်းတွင်၊ 6H-SiC သို့မဟုတ် 4H-SiC အလွှာကို အောက်ခြေရှိ အရင်းအမြစ်ပစ္စည်းအဖြစ် သန့်စင်မြင့်မားသော SiC အမှုန့်ဖြင့် Crucible ၏ထိပ်တွင် ထားရှိထားပါသည်။ axial temperature gradient ကိုဖန်တီးရန် crucible ကို ရေဒီယိုကြိမ်နှုန်း induction မှတဆင့် 1900-2100°C တွင် အပူပေးထားပြီး axial temperature gradient ကိုဖန်တီးရန် အရင်းအမြစ်အပူချိန်ထက်နိမ့်သော အလွှာအပူချိန်ကို ထိန်းသိမ်းထားသည်။ ၎င်းသည် sublimated SiC ကို 3C-SiC heteroepitaxy ဖြင့်ဖွဲ့စည်းကာ အလွှာအပေါ်တွင် စုပုံစေပြီး ပုံဆောင်ခဲဖြစ်သွားစေသည်။

Molecular Beam Epitaxy (MBE)-ဤအဆင့်မြင့်ပါးလွှာသောဖလင်ကြီးထွားမှုနည်းပညာသည် 4H-SiC သို့မဟုတ် 6H-SiC အလွှာများပေါ်တွင် 3C-SiC epitaxial အလွှာများကြီးထွားရန်အတွက် သင့်လျော်သည်။ အလွန်မြင့်မားသော လေဟာနယ်အောက်တွင်၊ အရင်းအမြစ်ဓာတ်ငွေ့များ၏ တိကျသောထိန်းချုပ်မှုသည် ပေါင်းစပ်ဒြပ်စင်များ၏ ဦးတည်ရာ အက်တမ် သို့မဟုတ် မော်လီကျူးအလင်းတန်းများ ဖွဲ့စည်းနိုင်စေပါသည်။ ဤအလင်းတန်းများသည် epitaxial ကြီးထွားမှုအတွက် အပူရှိအလွှာမျက်နှာပြင်ဆီသို့ ဦးတည်သည်။

4. နိဂုံးနှင့် Outlook

စဉ်ဆက်မပြတ် နည်းပညာတိုးတက်မှုများနှင့် နက်ရှိုင်းသော စက်ယန္တရားလေ့လာမှုများနှင့်အတူ 3C-SiC heteroepitaxy သည် စွမ်းအင်သက်သာသော အီလက်ထရွန်နစ်စက်ပစ္စည်းများ၏ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို မောင်းနှင်ပေးကာ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးစက်လုပ်ငန်းတွင် ပို၍အရေးကြီးသောအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်လာမည်ဖြစ်သည်။ ချို့ယွင်းချက်သိပ်သည်းဆကို ထိန်းသိမ်းထားစဉ်တွင် တိုးတက်မှုနှုန်းမြှင့်တင်ရန် HCl လေထုများကို မိတ်ဆက်ခြင်းကဲ့သို့သော ကြီးထွားမှုနည်းပညာအသစ်များကို စူးစမ်းရှာဖွေခြင်းသည် အနာဂတ်သုတေသနအတွက် အလားအလာကောင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။ ချို့ယွင်းချက်ဖွဲ့စည်းခြင်း ယန္တရားများကို ဆက်လက်စုံစမ်းစစ်ဆေးခြင်းနှင့် အဆင့်မြင့်ဝိသေသလက္ခဏာပြုခြင်းနည်းပညာများ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်လာခြင်းသည် တိကျသောချို့ယွင်းချက်ထိန်းချုပ်မှုနှင့် ပိုမိုကောင်းမွန်အောင်ပြုလုပ်ထားသော ပစ္စည်းဂုဏ်သတ္တိများကို ရရှိစေမည်ဖြစ်သည်။ အရည်အသွေးမြင့်၊ ထူထဲသော 3C-SiC ရုပ်ရှင်များ လျင်မြန်စွာ ကြီးထွားလာမှုသည် ဗို့အားမြင့်ကိရိယာများ၏ လိုအပ်ချက်များကို ဖြည့်ဆည်းပေးရန်အတွက် အရေးကြီးသည်၊ ကြီးထွားနှုန်းနှင့် ပစ္စည်းတူညီမှုအကြား ဟန်ချက်ညီမှုကို ဖြေရှင်းရန် နောက်ထပ်သုတေသနပြုရန် လိုအပ်ပါသည်။ SiC/GaN ကဲ့သို့ heterostructure များတွင် 3C-SiC ၏ applications များကို အသုံးချခြင်းဖြင့်၊ power electronics၊ optoelectronic integration နှင့် quantum information processing ကဲ့သို့သော ဆန်းသစ်သောစက်ပစ္စည်းများတွင် ၎င်း၏အလားအလာကို အပြည့်အဝစူးစမ်းလေ့လာနိုင်ပါသည်။

ကိုးကား-

[1] Nishino S , Hazuki Y , Matsunami H , et al. Sputtered SiC အလယ်အလတ်အလွှာပါရှိသော Silicon Substrate ပေါ်ရှိ Single Crystalline β-SiC ရုပ်ရှင်များ၏ ဓာတုအငွေ့ထွက်ခြင်း။

[2] Ye Zhizhen, Wang Yadong, Huang Jingyun, et al သည် ဆီလီကွန်အခြေခံ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပါးလွှာသော ရုပ်ရှင်များ၏ အပူချိန်နိမ့်ကျမှုဆိုင်ရာ သုတေသနပြုချက် [J]၊ .

[3] An Xia၊ Zhuang Huizhao၊ Li Huaixiang၊ et al (111) Si substrate [J] တွင် magnetron sputtering ဖြင့် nano-SiC ပါးလွှာသော ရုပ်ရှင်များ ပြင်ဆင်ခြင်း။ .။

[4] Seki K, Alexander, Kozawa S, et al. ဖြေရှင်းချက်ကြီးထွားမှု[J] တွင် supersaturation ထိန်းချုပ်မှုဖြင့် SiC ၏ Polytype-selective ကြီးထွားမှု။ Crystal Growth ဂျာနယ်၊ 2012၊ 360:176-180။

[5] Chen Yao၊ Zhao Fuqiang၊ Zhu Bingxian၊ He Shuai ပြည်တွင်းပြည်ပရှိ ဆီလီကွန်ကာဗိုက်ပါဝါစက်ပစ္စည်းများ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုဆိုင်ရာ အကျဉ်းချုပ် [J]၊ 2020:49-54။

[6] Li X ၊ Wang G .CVD သည် 4H-SiC အလွှာများပေါ်ရှိ 3C-SiC အလွှာများ၏ ကြီးထွားမှုကို မြှင့်တင်ထားသော morphology[J]။Solid State Communications၊ 2023:371။

[7] 3C-SiC ကြီးထွားမှု [D]၊ 2018 Xi'an University of Technology တွင် Si patterned substrate နှင့် ၎င်း၏အသုံးချမှုအပေါ် Hou Kaiwen။

[8]Lars၊ Hiller၊ Thomas၊ et al။ 3C-SiC(100) Mesa Structures ၏ ECR-Etching တွင် ဟိုက်ဒရိုဂျင်သက်ရောက်မှုများ[J]။Materials Science Forum၊ 2014။

[9] Xu Qingfang ၊ 2016 ခုနှစ်၊ Wuhan နည်းပညာတက္ကသိုလ်၊

[10] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K , et al.3C-SiC/Si Heterostructure- Photovoltaic Effect ကိုအခြေခံ၍ Position-Sensitive Detectors အတွက် အကောင်းဆုံး ပလပ်ဖောင်းတစ်ခု[J].ACS အသုံးချပစ္စည်းများနှင့် မျက်နှာပြင်များ, 2019: 409870-40980.

[11] Xin Bin။

[12] ဒေါင်လင်းသည် ဧရိယာ ကျယ်ဝန်းသော လှိုင်းလုံးများ ကြီးထွားမှု နည်းပညာနှင့် ဆီလီကွန်ကာဗိုက်၏ ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာ လက္ခဏာရပ်များ [D]၊

[13] Diani M ၊ Simon L ၊ Kubler L ၊ et al ။ 6H-SiC(0001) အလွှာ[J] ပေါ်ရှိ 3C-SiC polytype ၏ သလင်းကျောက် ကြီးထွားမှု။ Crystal Growth ဂျာနယ်၊ 2002၊ 235(1):95-102။