1. Introductio
Decenniis investigationis non obstantibus, heteroepitaxialis 3C-SiC in substratis silicii cultus nondum sufficientem qualitatem crystalli ad usus electronicos industriales attigit. Incrementum typice in substratis Si(100) vel Si(111) perficitur, singulis distinctas difficultates praebens: regiones anti-phasis pro (100) et fissuras pro (111). Dum membranae [111]-orientatae notas promittentes, ut densitatem defectuum reductam, morphologiam superficiei emendatam, et tensionem inferiorem, exhibent, orientationes alternativae sicut (110) et (211) adhuc parum investigatae sunt. Data exstantia suggerunt condiciones optimas accretionis fortasse orientationi specificas esse, investigationem systematicam complicates. Notandum est usum substratorum Si cum indice Miller altiore (e.g., (311), (510)) pro heteroepitaxiali 3C-SiC numquam relatum esse, spatium significans relinquens investigationi exploratoriae de mechanismis accretionis orientatione dependentibus.
2. Experimentaliter
Strata 3C-SiC per depositionem chemicam vaporis sub pressione atmosphaerica (CVD) gasibus praecursoribus SiH4/C3H8/H2 deposita sunt. Substrata erant laminae Si 1 cm² cum variis orientationibus: (100), (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553), et (995). Omnia substrata in axe erant praeter (100), ubi laminae 2° sectae praeterea probatae sunt. Purgatio ante accretionem degrassationem ultrasonicam in methanolo implicabat. Protocollum accretionis remotionem oxidi nativi per recoctionem H2 ad 1000°C comprehendit, deinde processum duorum graduum consuetum: carburizationem per 10 minuta ad 1165°C cum 12 sccm C3H8, deinde epitaxiam per 60 minuta ad 1350°C (ratio C/Si = 4) utens 1.5 sccm SiH4 et 2 sccm C3H8. Quaeque acceleratio quattuor vel quinque diversas orientationes Si comprehendit, cum saltem una (100) lamina referentiali.
3. Resultata et Disputatio
Morphologia stratorum 3C-SiC in variis substratis Si crevisse (Fig. 1) distinctas superficiei lineamenta et asperitatem ostendit. Visu, exempla in Si(100), (211), (311), (553), et (995) creta speculi similes apparuerunt, dum alia a lacteis ((331), (510)) ad obscuras ((110), (111)) variabant. Superficies levissimae (microstructuram optimam ostendentes) in substratis (100)2° off et (995) obtentae sunt. Mirum est, omnia strata post refrigerationem sine fissuris manebant, incluso 3C-SiC(111) quod typice ad tensionem pronum est. Magnitudo exempli limitatus fissuras fortasse prohibuit, quamquam quaedam exempla curvationem (deflectionem 30-60 μm a centro ad marginem) sub microscopio optico ad amplificationem 1000× propter tensionem thermalem accumulatam detegi posse demonstraverunt. Strata valde curvata in substratis Si(111), (211), et (553) creta formas concavas ostenderunt, tensionem tensilem indicantes, ulteriore opere experimentali et theoretico requirente ut cum orientatione crystallographica correlatio fieret.
Figura 1 summatim ostendit eventus XRD et AFM (perlustratione ad 20×20 μ m2) stratorum 3C-SC in substratis Si cum diversis orientationibus cretorum.
Imagines microscopiae vi atomica (AFM) (Fig. 2) observationes opticas corroboraverunt. Valores radicis quadraticae mediae (RMS) superficies levissimas in substratis (100)2° off et (995) confirmaverunt, structuras granulosas cum dimensionibus lateralibus 400-800 nm exhibentes. Stratum (110)-crescens asperrimum erat, dum lineamenta elongata et/vel parallela cum limitibus interdum acutis in aliis orientationibus apparuerunt ((331), (510)). Explorationes diffractionis radiorum X (XRD) θ-2θ (in Tabula 1 summarizatae) heteroepitaxem prosperam pro substratis indicis Miller inferioris ostenderunt, excepto Si(110) quod cacumina mixta 3C-SiC(111) et (110) ostendit polycrystallinitatem indicantes. Haec mixtura orientationis antea pro Si(110) relata est, quamquam nonnulla studia 3C-SiC exclusive (111)-orientatum observaverunt, suggerentes optimizationem condicionis accretionis criticam esse. Pro indicibus Miller ≥5 ((510), (553), (995)), nullae cacumina XRD in configuratione normali θ-2θ detecta sunt, cum haec plana indicis alti in hac geometria non diffrigantes sint. Absentia cacuminum 3C-SiC indicis humilis (e.g., (111), (200)) incrementum monocrystallinum suggerit, inclinationem exempli requirens ad diffractionem ex planis indicis humilis detegendam.
Figura 2 calculum anguli plani intra structuram crystallinam CFC ostendit.
Anguli crystallographici inter plana indicis alti et indicis humilis computati (Tabula 2) magnas disorientationes (>10°) ostenderunt, absentiam earum in explorationibus θ-2θ normalibus explicantes. Analysis figurarum polorum igitur in exemplo orientato (995) peracta est propter morphologiam granularem insolitam (fortasse ex incremento columnari vel geminatione) et asperitatem humilem. Figurae polorum (111) (Fig. 3) ex substrato Si et strato 3C-SiC fere identicae erant, incrementum epitaxiale sine geminatione confirmantes. Macula centralis apparuit ad χ≈15°, angulo theoretico (111)-(995) congruens. Tria macula symmetriae aequivalentia apparuerunt ad positiones exspectatas (χ=56.2°/φ=269.4°, χ=79°/φ=146.7° et 33.6°), quamquam macula debilis impraedita ad χ=62°/φ=93.3° ulteriorem investigationem requirit. Qualitas crystallina, per latitudinem maculae in φ-scannis aestimata, promittit, quamquam mensurae curvae oscillationis ad quantificationem necessariae sunt. Figurae polorum pro exemplaribus (510) et (553) adhuc complendae sunt ad naturam epitaxialem praesumptam confirmandam.
Figura 3 diagramma apicis XRD in exemplo orientato (995) inscriptum ostendit, quod plana (111) substrati Si (a) et strati 3C-SiC (b) ostendit.
4. Conclusio
Incrementum heteroepitaxiale 3C-SiC in plurimis orientationibus Si successit praeter (110), quae materiam polycrystallinam produxit. Substrata Si(100)2° off et (995) stratas levissimas (RMS <1 nm) produxerunt, dum (111), (211), et (553) curvaturam significantem (30-60 μm) ostenderunt. Substrata indicis alti requirunt characterisationem XRD provectam (e.g., figuras polorum) ad confirmandam epitaxiam propter absentiam cacuminum θ-2θ. Opus continuum includit mensuras curvae oscillationis, analysin tensionis Raman, et expansionem ad orientationes indicis alti additionales ad perficiendum hoc studium exploratorium.
XKH, ut fabricator verticaliter integratus, officia professionalia et ad necessitates aptatas praebet, cum ampla varietate substratorum carburi silicii, genera tam ordinaria quam specialia offerens, inter quae 4H/6H-N, 4H-Semi, 4H/6H-P, et 3C-SiC, in diametris a 2 pollicum ad 12 pollices praesto. Peritia nostra completa in incremento crystallorum, machinatione accurata, et curatione qualitatis solutiones ad necessitates aptatas electronicis potentiae, radiofrequentiae, et applicationibus emergentibus praestat.
Tempus publicationis: VIII Augusti, MMXXXV