Սերմերի բյուրեղների պատրաստման գործընթացը SiC միաբյուրեղային աճում (մաս 2)

2. Փորձարարական գործընթաց

2.1 Կպչուն թաղանթի ամրացում
Նկատվել է, որ ուղղակիորեն ստեղծելով ածխածնային թաղանթ կամ կապվել գրաֆիտի թղթի վրաSiC վաֆլիներՍոսինձով պատված հանգեցրեց մի քանի խնդիրների.

1. Վակուումային պայմաններում, կպչուն թաղանթը վրա էSiC վաֆլիներօդի զգալի արտազատման պատճառով զարգացրեց թեփուկների տեսք, ինչը հանգեցրեց մակերեսի ծակոտկենությանը: Սա կանխեց սոսինձի շերտերը կարբոնացումից հետո պատշաճ կերպով միանալուց:

2. Կապակցման ժամանակ, որվաֆլիպետք է միանվագ տեղադրվի գրաֆիտի թղթի վրա: Եթե ​​տեղակայումը տեղի ունենա, անհավասար ճնշումը կարող է նվազեցնել սոսնձի միատեսակությունը՝ բացասաբար ազդելով կապի որակի վրա:

3. Վակուումային գործողությունների ժամանակ սոսինձի շերտից օդի արտազատումը առաջացրել է կեղև և սոսնձվող թաղանթում բազմաթիվ դատարկությունների ձևավորում, ինչը հանգեցնում է կապի թերությունների: Այս խնդիրները լուծելու համար սոսինձը նախապես չորացնելով վրանվաֆլիԽորհուրդ է տրվում պտտվող ծածկույթից հետո մակերեսը միացնել տաք ափսեի միջոցով:

2.2 Կարբոնացման գործընթաց
վրա ածխածնային թաղանթ ստեղծելու գործընթացըSiC սերմերի վաֆլիև այն գրաֆիտային թղթի հետ կապելը պահանջում է կպչուն շերտի կարբոնացում հատուկ ջերմաստիճանում՝ ամուր կապ ապահովելու համար: Կպչուն շերտի թերի կարբոնացումը կարող է հանգեցնել աճի ընթացքում դրա քայքայման՝ ազատելով կեղտեր, որոնք ազդում են բյուրեղների աճի որակի վրա: Հետևաբար, սոսինձի շերտի ամբողջական կարբոնացման ապահովումը շատ կարևոր է բարձր խտության միացման համար: Այս ուսումնասիրությունը ուսումնասիրում է ջերմաստիճանի ազդեցությունը սոսինձի կարբոնացման վրա: Դրա վրա կիրառվել է ֆոտոռեզիստենտի միասնական շերտվաֆլիմակերեսը և տեղադրվում է խողովակային վառարանում վակուումի տակ (<10 Պա): Ջերմաստիճանը բարձրացվեց նախապես սահմանված մակարդակների (400℃, 500℃ և 600℃) և պահպանվեց 3-5 ժամ՝ կարբոնացման հասնելու համար:

Նշված փորձերը.

400℃ ջերմաստիճանում, 3 ժամ հետո, կպչուն թաղանթը չի կարբոնացվել և հայտնվել է մուգ կարմիր; 4 ժամ հետո էական փոփոխություն չի նկատվել:
500℃ ջերմաստիճանում, 3 ժամ հետո, թաղանթը սևացավ, բայց դեռ լույս էր փոխանցում; 4 ժամ հետո ոչ մի էական փոփոխություն:
600℃ ջերմաստիճանում, 3 ժամ հետո, թաղանթը սևացավ առանց լույսի փոխանցման, ինչը ցույց է տալիս ամբողջական ածխաջրածինացում:
Այսպիսով, կապի հարմար ջերմաստիճանը պետք է լինի ≥600℃:

2.3 Սոսինձի կիրառման գործընթացը
Կպչուն թաղանթի միատեսակությունը կարևոր ցուցանիշ է սոսինձի կիրառման գործընթացը գնահատելու և միատեսակ կապող շերտ ապահովելու համար: Այս բաժինը ուսումնասիրում է պտտման օպտիմալ արագությունը և ծածկման ժամանակը տարբեր սոսնձի թաղանթի հաստությունների համար: Միատեսակությունը
Թաղանթի հաստության u-ը սահմանվում է որպես թաղանթի նվազագույն հաստության Lmin-ի առավելագույն հաստության Lmax-ի հարաբերակցությունը օգտակար տարածքի վրա: Թաղանթի հաստությունը չափելու համար ընտրվել են վաֆլի վրա հինգ կետեր, և հաշվարկվել է միատեսակությունը: Նկար 4-ը ցույց է տալիս չափման կետերը:

SiC վաֆլի և գրաֆիտի բաղադրիչների միջև բարձր խտության միացման համար կպչուն թաղանթի նախընտրելի հաստությունը 1-5 մկմ է: Ընտրվել է 2 մկմ թաղանթի հաստություն, որը կիրառելի է ինչպես ածխածնային թաղանթի պատրաստման, այնպես էլ վաֆլի/գրաֆիտ թղթի միացման գործընթացների համար: Կարբոնացնող սոսինձի համար պտտվող ծածկույթի օպտիմալ պարամետրերը 15 վրկ են 2500 ռ/րոպե արագությամբ, իսկ կապող սոսինձի համար՝ 15 վրկ 2000 ռ/րոպե արագությամբ:

2.4 Միացման գործընթաց
SiC վաֆլի գրաֆիտի/գրաֆիտի թղթի հետ կապելու ժամանակ շատ կարևոր է կապող շերտից ամբողջությամբ վերացնել օդը և օրգանական գազերը, որոնք առաջանում են կարբոնացման ժամանակ: Գազի ոչ ամբողջական վերացումը հանգեցնում է դատարկությունների, ինչը հանգեցնում է ոչ խիտ կապող շերտի: Օդը և օրգանական գազերը կարող են տարհանվել նավթի մեխանիկական պոմպի միջոցով: Ի սկզբանե, մեխանիկական պոմպի շարունակական աշխատանքը ապահովում է վակուումային խցիկի սահմանը, ինչը թույլ է տալիս օդի ամբողջական հեռացումը կապող շերտից: Ջերմաստիճանի արագ բարձրացումը կարող է կանխել գազի ժամանակին հեռացումը բարձր ջերմաստիճանի ածխաջրման ժամանակ՝ կապող շերտում առաջացնելով դատարկություններ: Կպչուն հատկությունները ցույց են տալիս զգալի արտահոսք ≤120℃ ջերմաստիճանում, կայունանալով այս ջերմաստիճանից բարձր:

Կպչման ընթացքում կիրառվում է արտաքին ճնշում՝ սոսնձվող թաղանթի խտությունը բարձրացնելու համար՝ հեշտացնելով օդի և օրգանական գազերի արտամղումը, ինչի արդյունքում առաջանում է բարձր խտությամբ կապող շերտ:

Ամփոփելով, մշակվել է միացման գործընթացի կորը, որը ներկայացված է Նկար 5-ում: Հատուկ ճնշման ներքո ջերմաստիճանը բարձրացվում է մինչև արտահոսքի ջերմաստիճանը (~120℃) և պահպանվում է մինչև արտահոսքի ավարտը: Այնուհետև ջերմաստիճանը բարձրացվում է մինչև կարբոնացման ջերմաստիճանը, որը պահպանվում է պահանջվող տևողության համար, որին հաջորդում է բնական սառեցումը մինչև սենյակային ջերմաստիճան, ճնշման ազատում և կապակցված վաֆլի հեռացում:

Համաձայն բաժնի 2.2-ի՝ սոսինձի թաղանթը պետք է ածխաջրացվի 600℃ ջերմաստիճանում 3 ժամից ավելի: Հետևաբար, կապի գործընթացի կորի մեջ T2-ը սահմանվում է 600℃, իսկ t2-ը՝ 3 ժամ: Կպման գործընթացի կորի օպտիմալ արժեքները, որոնք որոշվել են ուղղանկյուն փորձերի միջոցով, ուսումնասիրելով կապի ճնշման ազդեցությունը, առաջին փուլի տաքացման ժամանակը t1 և երկրորդ փուլի տաքացման ժամանակը t2 կապի արդյունքների վրա, ներկայացված են Աղյուսակներ 2-4-ում:

Նշված արդյունքները՝

5 կՆ միացման ճնշման դեպքում ջեռուցման ժամանակը նվազագույն ազդեցություն ունեցավ կապի վրա:
10 կՆ-ում, կապող շերտի դատարկ տարածքը նվազել է ավելի երկար առաջին փուլի ջեռուցմամբ:
15 կՆ-ում, առաջին աստիճանի ջեռուցումը երկարացնելը զգալիորեն նվազեցրեց դատարկությունները՝ ի վերջո վերացնելով դրանք:
Երկրորդ փուլի տաքացման ժամանակի ազդեցությունը կապի վրա ակնհայտ չէր ուղղանկյուն փորձարկումներում: Ամրագրման ճնշումը 15 կՆ-ում և առաջին փուլի տաքացման ժամանակը 90 րոպեում, երկրորդ փուլի տաքացման ժամանակները՝ 30, 60 և 90 րոպե, բոլորը հանգեցրել են դատարկությունից ազատ խիտ կապող շերտերի, ինչը ցույց է տալիս, որ երկրորդ փուլի տաքացման ժամանակն ունեցել է: փոքր ազդեցություն կապի վրա:

Կապակցման գործընթացի կորի օպտիմալ արժեքներն են՝ միացման ճնշումը 15 կՆ, առաջին փուլի տաքացման ժամանակը 90 րոպե, առաջին փուլի ջերմաստիճանը 120℃, երկրորդ փուլի տաքացման ժամանակը 30 րոպե, երկրորդ փուլի ջերմաստիճանը 600℃ և երկրորդ փուլի պահպանման ժամանակը։ 3 ժամ.