Kajian tentang Faktor-Faktor Utama yang Mempengaruhi Keseragaman Permukaan dalam Lapisan Epitaxial 4H-SiC +
PAM-XIAMEN menawarkan wafer homoepitaxial 4H-SiC keseragaman tinggi. Sila hubungi pasukan jualan kami[email protected]untuk spesifikasi terperinci,
Apabila peranti kuasa berasaskan silikon menghampiri had fizikalnya, 4H-SiC telah menjadi bahan utama untuk peranti kuasa voltan tinggi generasi akan datang kerana sifat bahannya yang unggul. Pemendapan wap kimia (CVD) ialah teknik arus perdana untuk menyediakan lapisan epitaxial 4H-SiC berkualiti tinggi, dengan cabaran terasnya ialah pencapaian keseragaman permukaan pada substrat berdiameter besar. Keseragaman permukaan adalah salah satu metrik teras untuk menilai kualiti lapisan epitaxial 4H-SiC. Kajiannya melibatkan bukan sahaja integriti struktur bahan itu sendiri tetapi juga berkaitan secara langsung dengan prestasi, kebolehpercayaan, dan kecekapan perindustrian peranti seterusnya. Oleh itu, menyiasat secara sistematik pengaruh parameter proses pada morfologi permukaan, keseragaman ketebalan, dan keseragaman doping lapisan epitaxial 4H-SiC memegang nilai saintifik dan kepentingan kejuruteraan yang signifikan untuk memajukan pembangunan peranti kuasa SiC berprestasi tinggi dan hasil tinggi.
1. Gambaran Keseluruhan Kaedah Eksperimen untuk Keseragaman Permukaan Epitaxial 4H-SiC
Kedua-dua kajian menggunakan sistem CVD dinding panas untuk menjalankan homoepitaxy pada substrat 4H-SiC luar paksi 4°. Tang et al. menggunakan reaktor CVD dinding panas mendatar yang dibangunkan sendiri dengan SiHCl₃ dan C₂H₄ sebagai gas sumber dan H₂ sebagai gas pembawa, mengoptimumkan keseragaman suhu melalui reka bentuk terowong aliran dua sisi. Zhao et al. menggunakan sistem CVD dinding panas menegak dengan SiH₄ dan C₂H₄ sebagai gas sumber, mengkaji secara sistematik kesan nisbah C/Si, suhu dan nisbah Si/H pada keseragaman kekasaran permukaan. Morfologi permukaan dianalisis dengan mikroskop daya atom (AFM), manakala ketebalan dan kepekatan doping diukur menggunakan teknik spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) dan merkuri probe capacitance-voltage (MCV).
2. Pengaruh Suhu Pertumbuhan pada Keseragaman Permukaan Epitaxial 4H-SiC
Suhu pertumbuhan ialah parameter utama yang mempengaruhi morfologi permukaan dan keseragaman lapisan epitaxial. Penyelidikan oleh Tang et al. menunjukkan bahawa apabila suhu meningkat daripada 1610°C kepada 1680°C, kekasaran permukaan (RMS) meningkat dengan ketara daripada 0.183nm kepada 0.721nm. Pada suhu yang lebih tinggi, tandan langkah dipergiatkan, membawa kepada kemunculan morfologi "gelombang gergasi" dan kemerosotan dalam keseragaman. Pada masa yang sama, kadar pertumbuhan menurun dengan peningkatan suhu, dan ketebalan ketidakseragaman meningkat daripada kira-kira 2% kepada 6.5%. Walaupun kecekapan doping nitrogen bertambah baik dengan suhu, keseragaman doping menurun daripada 4.9% kepada 8.36%, yang berkaitan dengan ketidakhomogenan taburan suhu dalam reaktor yang menyebabkan variasi setempat dalam kadar pertumbuhan dan doping.
Rajah 1 Imej 2D/3D AFM bagi lapisan epitaxial 4H-SiC pada suhu berbeza, menunjukkan secara visual peningkatan kekasaran permukaan dengan peningkatan suhu
Zhao et al. seterusnya menegaskan bahawa suhu mempunyai kesan berlawanan pada kekasaran permukaan (RMS) dan keseragamannya (σ): peningkatan suhu (1550°C→1650°C) mengurangkan RMS tetapi meningkat σ, menunjukkan bahawa walaupun permukaan keseluruhan menjadi lebih rata, keseragaman dalam wafer bertambah buruk. Ini berkemungkinan disebabkan oleh peningkatan kecerunan suhu yang membawa kepada pengagihan tidak seragam nisbah C/Si sebenar merentasi permukaan wafer.
Rajah 2 Lengkung variasi RMS dan σ dengan suhu pertumbuhan
3. Peraturan Keseragaman Epitaxial 4H-SiC mengikut Nisbah C/Si dan Nisbah Aliran
Nisbah C/Si secara langsung mempengaruhi persekitaran kimia dan morfologi langkah permukaan epitaxial. Zhao et al. melaporkan bahawa RMS permukaan adalah minimum pada C/Si=1, tetapi keseragaman permukaan lebih baik di bawah keadaan yang kaya dengan silikon (C/Si<1). Apabila C/Si=1.5, kekasaran permukaan meningkat semula, dan taburan ketinggian langkah meluas (35–59nm), dengan keseragaman semakin merosot dengan ketara. Ini menunjukkan bahawa nisbah C/Si yang sesuai (≈1) bermanfaat untuk mengimbangi morfologi permukaan dan keseragaman.
Rajah 3 Perbandingan AFM bagi lapisan epitaxial 4H-SiC di bawah nisbah C/Si yang berbeza: (a) 0.6, (b) 1.0, (c) 1.2, (d) 1.5, (e) 2.0
Nisbah aliran H₂ dan N₂ adalah cara yang berkesan untuk mengawal ketebalan dan keseragaman doping. Dengan melaraskan nisbah aliran utama/sisi H₂ (Utama/Sisi), Tang et al. mendapati nisbah H₂ 1.63 menghasilkan keseragaman ketebalan yang terbaik, dengan sisihan piawai/nilai min dikurangkan kepada 0.79%. Begitu juga, nisbah aliran N₂ 0.92 meningkatkan keseragaman doping kepada 3.56%. Ini menunjukkan bahawa mengoptimumkan pengagihan medan aliran bahan tindak balas melalui reka bentuk terowong aliran boleh mengimbangi dengan berkesan variasi dalam kadar pertumbuhan dan kepekatan doping yang disebabkan oleh ketidakseragaman suhu.
Rajah 4 Trend dalam keseragaman ketebalan lapisan epitaxial di bawah nisbah aliran (a) H₂ dan (b) N₂ yang berbeza
4. Pengaruh Nisbah Si/H pada Morfologi Permukaan Epitaxial 4H-SiC
Zhao et al. menyiasat kesan nisbah Si/H (0.08%–0.15%) pada keseragaman permukaan lapisan epitaxial 6 inci. Keputusan menunjukkan bahawa nisbah Si/H mempunyai kesan kecil ke atas RMS dan σ. Walau bagaimanapun, apabila nisbah Si/H meningkat, kesan goresan H₂ menjadi lemah, berpotensi meningkatkan kemungkinan titisan silikon atau pembentukan kelompok pada permukaan, yang boleh menyebabkan peningkatan kekasaran setempat. Kajian itu juga mendapati nisbah Si/H sebenar di pinggir wafer adalah lebih rendah sedikit daripada di tengah kerana pengaruh aliran udara, menghasilkan permukaan yang lebih licin di kawasan pinggir.
Rajah 5 Kesan nisbah Si/H pada RMS dan σ lapisan epitaxial 4H-SiC 6 inci
Secara ringkasnya, suhu pertumbuhan dan nisbah C/Si ialah parameter teras yang mempengaruhi keseragaman permukaan lapisan epitaxial 4H-SiC: suhu yang lebih rendah (cth, 1610°C) menyokong kekasaran permukaan yang berkurangan tetapi boleh mengorbankan kadar pertumbuhan; nisbah C/Si ≈1 sedikit sebanyak dapat mengimbangi morfologi dan keseragaman. Mengoptimumkan nisbah aliran H₂/N₂ dengan berkesan boleh meningkatkan ketebalan dan keseragaman doping pada substrat berdiameter besar, seperti yang dibuktikan oleh peningkatan ketara apabila menggunakan nisbah H₂ 1.63 dan nisbah N₂ 0.92.
Sama ada anda memerlukan wafer epitaxial 4H-SiC untuk penyelidikan atau untuk aplikasi industri, sila hubungi kami e-mel di[email protected] dan [email protected].
Rujukan:
- Tang, Z., Gu, L., Ma, H., Mao, C., Wu, S., Zhang, N., … & Fan, J. (2022). Pengaruh suhu dan nisbah aliran ke atas morfologi dan keseragaman pertumbuhan lapisan epitaxial 4H-SiC pada substrat luar paksi 150 mm 4. Kristal, 13(1), 62.
- Zhao, S., Wang, J., Yan, G., Shen, Z., Zhao, W., Wang, L., & Liu, X. (2022). Keseragaman permukaan lapisan epitaxial 4H-SiC skala wafer yang ditanam di bawah pelbagai keadaan epitaxial. Salutan, 12(5), 597.