Siliziumkarbid (SiC) ist entscheidend für das Wachstum von Graphen als Substratmaterial für epitaktisches Graphen. PAM-XIAMEN kann SiC-Substrat für das Graphenwachstum anbieten, Spezifikation wie folgthttps://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html.

Auf verschiedenen Kristallebenen von SiC gewachsenes Graphen weist unterschiedliche elektronische Eigenschaften auf. Daher kann durch die Auswahl von SiC-Substraten mit unterschiedlichen Kristallebenen zum Züchten von Graphen eine Regulierung der elektrischen Eigenschaften von Graphen erreicht werden. Die Oberflächenrauheit des Substrats ist einer der Schlüsselfaktoren für das epitaktische Wachstum von Graphen höchster Qualität auf SiC-Substraten, was erfordert, dass die Oberfläche eine Ebenheit auf atomarer Ebene erreicht. Aufgrund der hohen Härte und guten chemischen Stabilität von SiC ist es jedoch schwierig zu verarbeiten. Zu diesem Zweck haben Forscher eine wirksame und universelle Methode vorgeschlagen, um durch systematisches Schleifen, mechanisches Polieren und chemisch-mechanische Polierbehandlung (CMP) eine Ebenheit von SiC-Oberflächen auf atomarer Ebene auf jeder Kristallebene zu erreichen. Dies legt eine solide Grundlage für das Wachstum von Graphen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften und die Verarbeitung von Halbleiterbauelementen in der Zukunft.

Due to the different atomic arrangement structures of SiC crystal faces, the process parameters were adjusted and optimized for different crystal faces during grinding and polishing, achieving atomic level flatness for all crystal faces. The crystal orientation of SiC determines the material removal rate (MRR) and the final surface quality after polishing. By analyzing and exploring the MRR mechanism of Si and C planes, and polishing the (1-105) plane with certain parameters based on this mechanism, the surface roughness of the (1-105) crystal plane is reduced to below 0.06 nm. In addition, this work has conducted in-depth discussions and analysis on the influencing factors and principles during the grinding and polishing processes of different crystal faces. The experimental results indicate that different crystal faces have different MRR during grinding, mechanical polishing, and CMP processes. For the grinding and mechanical polishing processes, the main determining factor of MRR is the material hardness, so the MRR of crystal planes with different hardness is also different, namely: C plane>Si plane>(1-105) plane. For the CMP process, MRR and final surface quality are mainly affected by the chemical reaction rate between silicon atoms and suspension, the fiber texture and material of polishing cloth, suspension particle size and flow rate, and polishing time. Compared with the Si surface, the (1-105) surface has higher chemical activity due to the presence of more dangling bonds, resulting in a MRR of nearly 18 times faster than the Si surface.

Abb. 1 AFM-Bild der Si-Oberfläche nach 9 Stunden (a, b) der Silica-Suspension CMP

Abb. 2 AFM-Bilder von N-Oberflächen (1-105) nach (a) 25 Minuten und (b) 30 Minuten Silica-Suspensions-CMP

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es aufgrund der Unterschiede in den physikalischen und chemischen Eigenschaften verschiedener Kristallebenen von SiC möglich ist, durch Anpassung der Prozessparameter die erforderliche Substratrauheit für hochwertiges Graphenwachstum auf jeder Kristallebene zu erreichen. Dieses Ergebnis wird eine gute Forschungsgrundlage bieten und die Anwendungsaussichten von Siliziumkarbid für die nächste Generation von Breitbandlückenhalbleitern und elektronischen Geräten auf Basis von epitaktischem Graphen erweitern.

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