செதில் மேற்பரப்பு தரத்தில் சிலிக்கான் கார்பைடு ஒற்றை படிக செயலாக்கத்தின் விளைவு

செமிகண்டக்டர் பவர் சாதனங்கள் பவர் எலக்ட்ரானிக் அமைப்புகளில் முக்கிய இடத்தைப் பிடித்துள்ளன, குறிப்பாக செயற்கை நுண்ணறிவு, 5ஜி தகவல் தொடர்பு மற்றும் புதிய ஆற்றல் வாகனங்கள் போன்ற தொழில்நுட்பங்களின் விரைவான வளர்ச்சியின் பின்னணியில், அவற்றுக்கான செயல்திறன் தேவைகள் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளன.

சிலிக்கான் கார்பைடு(4H-SiC) பரந்த பேண்ட்கேப், உயர் வெப்ப கடத்துத்திறன், உயர் முறிவு புலம் வலிமை, அதிக செறிவூட்டல் சறுக்கல் வீதம், இரசாயன நிலைத்தன்மை மற்றும் கதிர்வீச்சு எதிர்ப்பு போன்ற அதன் நன்மைகள் காரணமாக உயர் செயல்திறன் கொண்ட குறைக்கடத்தி சக்தி சாதனங்களை உற்பத்தி செய்வதற்கான சிறந்த பொருளாக மாறியுள்ளது. இருப்பினும், 4H-SiC அதிக கடினத்தன்மை, அதிக உடையக்கூடிய தன்மை, வலுவான இரசாயன செயலற்ற தன்மை மற்றும் அதிக செயலாக்க சிரமம் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. பெரிய அளவிலான சாதனப் பயன்பாடுகளுக்கு அதன் அடி மூலக்கூறு செதில்களின் மேற்பரப்புத் தரம் முக்கியமானது.
எனவே, 4H-SiC அடி மூலக்கூறு செதில்களின் மேற்பரப்பு தரத்தை மேம்படுத்துவது, குறிப்பாக செதில் செயலாக்க மேற்பரப்பில் சேதமடைந்த அடுக்கை அகற்றுவது, திறமையான, குறைந்த இழப்பு மற்றும் உயர்தர 4H-SiC அடி மூலக்கூறு செதில் செயலாக்கத்தை அடைவதற்கான திறவுகோலாகும்.

பரிசோதனை
சோதனையானது 4-இன்ச் N-வகை 4H-SiC இங்காட்டை இயற்பியல் நீராவி போக்குவரத்து முறையால் வளர்க்கப்படுகிறது, இது கம்பி வெட்டுதல், அரைத்தல், கரடுமுரடான அரைத்தல், நன்றாக அரைத்தல் மற்றும் மெருகூட்டல் மூலம் செயலாக்கப்படுகிறது, மேலும் C மேற்பரப்பு மற்றும் Si மேற்பரப்பின் அகற்றும் தடிமன் பதிவு செய்கிறது. மற்றும் ஒவ்வொரு செயல்முறையிலும் இறுதி செதில் தடிமன்.

படம் 1 4H-SiC படிக கட்டமைப்பின் திட்ட வரைபடம்

படம் 2 சி-பக்கம் மற்றும் 4H-ன் Si-பக்கத்திலிருந்து தடிமன் அகற்றப்பட்டது.SiC செதில்வெவ்வேறு செயலாக்கப் படிகள் மற்றும் செயலாக்கத்திற்குப் பிறகு செதில்களின் தடிமன்

 

செதில்களின் தடிமன், மேற்பரப்பு உருவவியல், கடினத்தன்மை மற்றும் இயந்திர பண்புகள் செதில் வடிவியல் அளவுரு சோதனையாளர், வேறுபட்ட குறுக்கீடு நுண்ணோக்கி, அணுசக்தி நுண்ணோக்கி, மேற்பரப்பு கடினத்தன்மையை அளவிடும் கருவி மற்றும் நானோஇன்டென்டர் ஆகியவற்றால் முழுமையாக வகைப்படுத்தப்பட்டன. கூடுதலாக, செதில்களின் படிக தரத்தை மதிப்பிடுவதற்கு உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட எக்ஸ்ரே டிஃப்ராக்டோமீட்டர் பயன்படுத்தப்பட்டது.
இந்த சோதனை படிகள் மற்றும் சோதனை முறைகள் 4H- செயலாக்கத்தின் போது பொருள் அகற்றும் வீதம் மற்றும் மேற்பரப்பு தரத்தை ஆய்வு செய்வதற்கான விரிவான தொழில்நுட்ப ஆதரவை வழங்குகின்றன.SiC செதில்கள்.
சோதனைகள் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் பொருள் அகற்றும் வீதம் (MRR), மேற்பரப்பு உருவவியல் மற்றும் கடினத்தன்மை, அத்துடன் இயந்திர பண்புகள் மற்றும் 4H-யின் படிகத் தரம் ஆகியவற்றில் ஏற்படும் மாற்றங்களை ஆய்வு செய்தனர்.SiC செதில்கள்வெவ்வேறு செயலாக்க படிகளில் (கம்பி வெட்டுதல், அரைத்தல், கரடுமுரடான அரைத்தல், நன்றாக அரைத்தல், பாலிஷ் செய்தல்).

படம் 3 சி-முகம் மற்றும் 4H-ன் Si-முகத்தின் பொருள் அகற்றும் விகிதம்SiC செதில்வெவ்வேறு செயலாக்க படிகளில்

4H-SiC இன் வெவ்வேறு படிக முகங்களின் இயந்திர பண்புகளின் அனிசோட்ரோபியின் காரணமாக, அதே செயல்பாட்டின் கீழ் C-face மற்றும் Si-face இடையே MRR இல் வேறுபாடு உள்ளது மற்றும் C-முகத்தின் MRR கணிசமாக அதிகமாக உள்ளது என்று ஆய்வு கண்டறிந்துள்ளது. Si-முகம் என்று. செயலாக்க படிகளின் முன்னேற்றத்துடன், 4H-SiC செதில்களின் மேற்பரப்பு உருவவியல் மற்றும் கடினத்தன்மை படிப்படியாக மேம்படுத்தப்படுகிறது. மெருகூட்டிய பிறகு, C-முகத்தின் Ra ஆனது 0.24nm ஆகும், மேலும் Si-Face இன் Ra ஆனது 0.14nm ஐ அடைகிறது, இது எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும்.

படம் 4 வெவ்வேறு செயலாக்க படிகளுக்குப் பிறகு 4H-SiC வேஃபரின் C மேற்பரப்பு (a~e) மற்றும் Si மேற்பரப்பு (f~j) ஆப்டிகல் மைக்ரோஸ்கோப் படங்கள்

படம் 5 CLP, FLP மற்றும் CMP செயலாக்கப் படிகளுக்குப் பிறகு 4H-SiC வேஃபரின் C மேற்பரப்பு (a~c) மற்றும் Si மேற்பரப்பு (d~f) ஆகியவற்றின் அணுவிசை நுண்ணோக்கி படங்கள்

படம் 6 (a) மீள் மாடுலஸ் மற்றும் (b) C மேற்பரப்பு கடினத்தன்மை மற்றும் வெவ்வேறு செயலாக்க படிகளுக்கு பிறகு 4H-SiC செதில் Si மேற்பரப்பு

செதில்களின் C மேற்பரப்பு Si மேற்பரப்புப் பொருளை விட மோசமான கடினத்தன்மை, செயலாக்கத்தின் போது அதிக அளவு உடையக்கூடிய எலும்பு முறிவு, விரைவான பொருள் அகற்றுதல் மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் மோசமான மேற்பரப்பு உருவவியல் மற்றும் கடினத்தன்மை ஆகியவற்றை இயந்திர சொத்து சோதனை காட்டுகிறது. பதப்படுத்தப்பட்ட மேற்பரப்பில் சேதமடைந்த அடுக்கை அகற்றுவது செதில்களின் மேற்பரப்பு தரத்தை மேம்படுத்துவதற்கான திறவுகோலாகும். 4H-SiC (0004) ராக்கிங் வளைவின் அரை உயர அகலம், செதில்களின் மேற்பரப்பு சேத அடுக்கை உள்ளுணர்வு மற்றும் துல்லியமாக வகைப்படுத்தவும் பகுப்பாய்வு செய்யவும் பயன்படுத்தப்படலாம்.

படம் 7 (0004) வெவ்வேறு செயலாக்கப் படிகளுக்குப் பிறகு 4H-SiC வேஃபரின் C-முகம் மற்றும் Si-முகத்தின் அரை-அகலம் ராக்கிங் வளைவு

4H-SiC செதில் செயலாக்கத்திற்குப் பிறகு செதில்களின் மேற்பரப்பு சேத அடுக்கு படிப்படியாக அகற்றப்படலாம் என்று ஆராய்ச்சி முடிவுகள் காட்டுகின்றன, இது செதில்களின் மேற்பரப்பு தரத்தை திறம்பட மேம்படுத்துகிறது மற்றும் உயர் செயல்திறன், குறைந்த இழப்பு மற்றும் உயர்தர செயலாக்கத்திற்கான தொழில்நுட்ப குறிப்பை வழங்குகிறது. 4H-SiC அடி மூலக்கூறு செதில்கள்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் கம்பி வெட்டுதல், அரைத்தல், கரடுமுரடான அரைத்தல், நன்றாக அரைத்தல் மற்றும் மெருகூட்டுதல் போன்ற பல்வேறு செயலாக்க படிகள் மூலம் 4H-SiC செதில்களை செயலாக்கினர் மற்றும் செதில்களின் மேற்பரப்பு தரத்தில் இந்த செயல்முறைகளின் விளைவுகளை ஆய்வு செய்தனர்.
செயலாக்க படிகளின் முன்னேற்றத்துடன், செதில்களின் மேற்பரப்பு உருவவியல் மற்றும் கடினத்தன்மை படிப்படியாக உகந்ததாக இருப்பதாக முடிவுகள் காட்டுகின்றன. மெருகூட்டிய பிறகு, C-முகம் மற்றும் Si-முகத்தின் கடினத்தன்மை முறையே 0.24nm மற்றும் 0.14nm ஐ அடைகிறது, இது எபிடாக்சியல் வளர்ச்சியின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கிறது. செதில்களின் சி-முகம் Si-முகப் பொருளை விட மோசமான கடினத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் செயலாக்கத்தின் போது உடையக்கூடிய எலும்பு முறிவுக்கு அதிக வாய்ப்புள்ளது, இதன் விளைவாக ஒப்பீட்டளவில் மோசமான மேற்பரப்பு உருவவியல் மற்றும் கடினத்தன்மை ஏற்படுகிறது. பதப்படுத்தப்பட்ட மேற்பரப்பின் மேற்பரப்பு சேத அடுக்கை அகற்றுவது செதில்களின் மேற்பரப்பு தரத்தை மேம்படுத்துவதற்கு முக்கியமாகும். 4H-SiC (0004) ராக்கிங் வளைவின் அரை-அகலமானது, செதில்களின் மேற்பரப்பு சேத அடுக்கை உள்ளுணர்வாகவும் துல்லியமாகவும் வகைப்படுத்தலாம்.
4H-SiC செதில்களின் மேற்பரப்பில் உள்ள சேதமடைந்த அடுக்கு படிப்படியாக 4H-SiC செதில் செயலாக்கத்தின் மூலம் அகற்றப்பட்டு, செதில்களின் மேற்பரப்பு தரத்தை திறம்பட மேம்படுத்தி, உயர்-திறன், குறைந்த இழப்பு மற்றும் உயர்-க்கான தொழில்நுட்பக் குறிப்பை வழங்குகிறது என்று ஆராய்ச்சி காட்டுகிறது. 4H-SiC அடி மூலக்கூறு செதில்களின் தரமான செயலாக்கம்.