Эпитаксиальный рост пленок 3C-SiC на подложках сапфира (0001) и кремния (111) методом металлоорганического парового химического осаждения

Р.Е. Бейсенов; З.А. Мансуров; С.Ж. Токмолдин; А. Игнатьев

doi:10.18321/

Авторы

Р.Е. Бейсенов Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан; Центр перспективных материалов университета Хьюстон, Хьюстон, Техас, США
З.А. Мансуров Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан; Институт проблем горения, Алматы, Казахстан
С.Ж. Токмолдин Физико-технической институт, Алматы, Казахстан
А. Игнатьев Центр перспективных материалов университета Хьюстон, Хьюстон, Техас, США

DOI:

https://doi.org/10.18321/

Ключевые слова:

эпитаксиальные пленки, кремний, сапфир, осаждение, углерод

Аннотация

В работе были получены эпитаксиальные пленки кубического политипа 3C-SiC на подложках Si 111 и сапфира 0001 методом металлоорганического парового химического осаждения (MOCVD), при температурах осаждения 850 °C и 900 °C. В качестве единого источника Si и C было использовано металлорганическое соединение диэтилметилсилан (DEMS) без газов носителей. Структурный и элементный анализ пленок карбида кремния был исследован методами XRD и Оже-спектроскопии. Морфология и толщина осажденных пленок карбида кремния исследовалась растровым электронным и атомно-силовым микроскопами. Рентгено-дифракционным анализом показано что использование диэтилметилсилана в качестве прекурсора позволяет получить кристаллические пленки карбида кремния при температуре 850 °C. Установлено также что при температурах осаждения 850 °C и 900 °С пленки имеют структуру кубического политипа 3С-SiC с ориентацией 111 на обоих подложках. Исследования морфологии пленок показывают, что полученные пленки имеют гладкую поверхность и показывают более высокий кристаллический порядок на подложке сапфира чем на подложке кремния. Толщина пленок была измерена сканирующим электронным микроскопом поперечного среза образцов и составила более 6 мкм, при времени осаждения 2 ч. Средняя скорость роста составила 40 нм/мин. Данная работа была выполнена для получения гетероэпитаксиальных пленок карбида кремния на различных дешевых подложках для дальнейшего их применения в качестве подложечного материала для III группы нитридных светодиодов, фото-приемников в УФ диапазоне а также в газовых сенсорах.

Библиографические ссылки

(1) Лучинин В., Таиров Ю. Карбид кремния – алмазоподобный материал // Наноиндустрия. 2010. Вып. 1. С. 36.

(2) Yang N., Zhuang H., Hoffmann R. Electrochemistry of Nanocrystalline 3C Silicon Carbide Films // Chemistry – A European Journal. 2012. V. 18. P. 6514–6519.

(3) Митченко И.С., Тарала В.А. Оборудование для выращивания пленок карбида кремния методом газо-химического осаждения // Материалы XXXIV научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов за 2004 год. Ставрополь, 2005.

(4) Madapura S., Steckl A.J., Loboda M. Heteroepitaxial growth of SiC on Si(100) and (111) by chemical vapor deposition using trimethylsilane // Journal of the Electrochemical Society. 1999. V. 146, № 3. P. 1197–1202.

(5) Gupta A., Paramanik D., Varma S., Jacob C. CVD growth and characterization of 3C-SiC thin films // Bulletin of Materials Science. 2004. V. 27, № 5. P. 445–451.

(6) Ricciardi C., Boot E.A., Giorgis F., Mandracci P., Meotto U.M., Barucca G. Polycrystalline SiC growth and characterization // Applied Surface Science. 2004. V. 238. P. 331–335.

(7) Hallin C., Ivanov I.G., Egilsson T., Henry A., Kordina O., Janzen E. The material quality of CVD-grown SiC using different carbon precursors // Journal of Crystal Growth. 1998. V. 183. P. 163–174.

(8) Liao F., Park S., Larson J.M., Zachariah M.R., Girshick S.J. High-rate chemical vapor deposition of nanocrystalline silicon carbide films by radio frequency thermal plasma // Materials Letters. 2003. V. 57. P. 1982–1986.

(9) Kim H.S., Park Y.J., Choi I.H., Baik Y.J. SiC thin film growth using microwave plasma activated CH₄–SiH₄ sources // Thin Solid Films. 1999. V. 341. P. 42–46.

(10) Ricciardi C., Bennici E., Cocuzza M., Mandracci P., Bich D., Guglielmetti V., Barucca G. Characterization of polycrystalline SiC layers grown by ECR-PECVD for micro-electromechanical systems // Thin Solid Films. 2003. V. 427, № 1. P. 187–190.

(11) Ricciardi C., Fanchini G., Mandracci P. Physical properties of ECR-CVD polycrystalline SiC films for microelectromechanical systems // Proceedings of the 13th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide. Torino, Italy, 2003. P. 1236–1240.

(12) Mandracci P., Ferrero S., Cicero G., Giorgis F., Pirri C.F., Barucca G., Reitano R., Musumeci P., Calcagno L., Foti G. Growth and characterization of SiC layers obtained by microwave CVD // Thin Solid Films. 2000.

(13) Cheng K.L., Cheng H.C., Lee W.H., Lee C., Liu C.C., Yew T.R. Deposition of polycrystalline β-SiC films on Si substrates at room temperature // Applied Physics Letters. 1997. V. 70. P. 223–225.