1. تعارف
کئی دہائیوں کی تحقیق کے باوجود، سلکان سبسٹریٹس پر اگائے جانے والے heteroepitaxial 3C-SiC نے ابھی تک صنعتی الیکٹرانک ایپلی کیشنز کے لیے کافی کرسٹل معیار حاصل نہیں کیا ہے۔ ترقی عام طور پر Si(100) یا Si(111) سبسٹریٹس پر کی جاتی ہے، ہر ایک الگ الگ چیلنج پیش کرتا ہے: (100) کے لیے اینٹی فیز ڈومینز اور (111) کے لیے کریکنگ۔ جب کہ [111] پر مبنی فلمیں امید افزا خصوصیات کی نمائش کرتی ہیں جیسے عیب کی کثافت میں کمی، سطح کی شکل میں بہتری، اور کم تناؤ، متبادل رجحانات جیسے (110) اور (211) کا مطالعہ نہیں کیا جاتا۔ موجودہ اعداد و شمار بتاتے ہیں کہ ترقی کے زیادہ سے زیادہ حالات واقفیت کے لیے مخصوص، منظم تفتیش کو پیچیدہ بنا سکتے ہیں۔ خاص طور پر، 3C-SiC heteroepitaxy کے لیے ہائر-ملر-انڈیکس سی سبسٹریٹس (مثلاً، (311)، (510)) کے استعمال کی کبھی اطلاع نہیں دی گئی ہے، جس سے واقفیت پر منحصر نمو کے طریقہ کار پر تحقیقی تحقیق کے لیے اہم گنجائش باقی ہے۔
2. تجرباتی
3C-SiC تہوں کو SiH4/C3H8/H2 پیشگی گیسوں کا استعمال کرتے ہوئے وایمنڈلیی پریشر کیمیائی بخارات جمع (CVD) کے ذریعے جمع کیا گیا تھا۔ ذیلی جگہیں 1 cm² Si wafers تھے جن میں مختلف سمتیں تھیں: (100)، (111)، (110)، (211)، (311)، (331)، (510)، (553)، اور (995)۔ تمام ذیلی ذخائر محور پر تھے سوائے (100) کے، جہاں 2° آف کٹ ویفرز کا اضافی تجربہ کیا گیا۔ ترقی سے پہلے کی صفائی میں میتھانول میں الٹراسونک ڈیگریزنگ شامل ہے۔ گروتھ پروٹوکول میں 1000 ° C پر H2 اینیلنگ کے ذریعے مقامی آکسائیڈ کو ہٹانا شامل ہے، اس کے بعد ایک معیاری دو قدمی عمل: 10 منٹ کے لیے 1165 ° C پر 12 sccm C3H8 کے ساتھ کاربرائزیشن، پھر 1350 ° C (C/Si) پر 60 منٹ کے لیے epitaxy 1350 ° C (C/Si) sc 4cm scratio = 4cm استعمال کرتے ہوئے۔ C3H8۔ ہر گروتھ رن میں کم از کم ایک (100) حوالہ ویفر کے ساتھ چار سے پانچ مختلف سی واقفیت شامل ہوتی ہے۔
3. نتائج اور بحث
مختلف Si سبسٹریٹس (تصویر 1) پر اگنے والی 3C-SiC تہوں کی شکل میں سطح کی الگ خصوصیات اور کھردری دکھائی دیتی ہے۔ بصری طور پر، Si(100)، (211)، (311)، (553)، اور (995) پر اگائے گئے نمونے آئینے کی طرح دکھائی دیتے ہیں، جبکہ دیگر دودھیا ((331)، (510)) سے لے کر مدھم ((110)، (111)) تک تھے۔ سب سے ہموار سطحیں (بہترین مائیکرو اسٹرکچر دکھا رہی ہیں) (100)2° آف اور (995) سبسٹریٹس پر حاصل کی گئیں۔ قابل ذکر بات یہ ہے کہ ٹھنڈک کے بعد تمام پرتیں شگاف سے پاک رہیں، بشمول عام طور پر تناؤ کا شکار 3C-SiC(111)۔ محدود نمونے کے سائز نے کریکنگ کو روکا ہو گا، حالانکہ کچھ نمونوں نے جھکنے کی نمائش کی ہے (30-60 μm مرکز سے کنارے تک انحراف) آپٹیکل مائکروسکوپی کے تحت 1000× میگنیفیکیشن پر جمع تھرمل تناؤ کی وجہ سے قابل شناخت ہے۔ Si(111)، (211)، اور (553) ذیلی ذیلی جگہوں پر اُگنے والی انتہائی جھکی ہوئی تہوں نے مقعر کی شکلیں ظاہر کیں جو تناؤ کے تناؤ کی نشاندہی کرتی ہیں، جن کو کرسٹاللوگرافک واقفیت کے ساتھ مربوط ہونے کے لیے مزید تجرباتی اور نظریاتی کام کی ضرورت ہوتی ہے۔
شکل 1 XRD اور AFM (20×20 μm2 پر سکیننگ) کے نتائج کا خلاصہ پیش کرتا ہے مختلف سمتوں کے ساتھ Si سبسٹریٹس پر اگنے والی 3C-SC پرتوں کے۔
اٹامک فورس مائکروسکوپی (AFM) امیجز (تصویر 2) آپٹیکل مشاہدات کی تصدیق کرتی ہے۔ Root-mean-square (RMS) اقدار نے (100)2° آف اور (995) سبسٹریٹس پر سب سے ہموار سطحوں کی تصدیق کی ہے، جس میں 400-800 nm پس منظر کے طول و عرض کے ساتھ اناج کی طرح کے ڈھانچے موجود ہیں۔ (110) میں اگنے والی پرت سب سے کھردری تھی، جب کہ لمبا اور/یا متوازی خصوصیات جن میں کبھی کبھار تیز حدود ہوتی ہیں (331)، (510))۔ ایکس رے ڈفریکشن (XRD) θ-2θ اسکینز (ٹیبل 1 میں خلاصہ کیا گیا ہے) نے لوئر-ملر-انڈیکس سبسٹریٹس کے لیے کامیاب ہیٹروپیٹاکسی کا انکشاف کیا، سوائے Si(110) کے جس نے مخلوط 3C-SiC(111) اور (110) چوٹیوں کو دکھایا جو پولی کرسٹل پن کی نشاندہی کرتے ہیں۔ اس واقفیت کے اختلاط کی اطلاع پہلے Si(110) کے لیے دی گئی ہے، حالانکہ کچھ مطالعات نے خصوصی (111) پر مبنی 3C-SiC کا مشاہدہ کیا ہے، جو تجویز کرتے ہیں کہ ترقی کی حالت کی اصلاح بہت ضروری ہے۔ ملر انڈیکس ≥5 ((510)، (553))، (995))، معیاری θ-2θ کنفیگریشن میں XRD کی کوئی چوٹی نہیں پائی گئی کیونکہ یہ ہائی انڈیکس والے طیارے اس جیومیٹری میں غیر متضاد ہیں۔ کم انڈیکس 3C-SiC چوٹیوں کی عدم موجودگی (مثال کے طور پر، (111)، (200 فیصد)) سنگل کرسٹل نمو کی تجویز کرتی ہے، جس میں کم انڈیکس والے طیاروں سے تفاوت کا پتہ لگانے کے لیے نمونے کے جھکاؤ کی ضرورت ہوتی ہے۔
شکل 2 CFC کرسٹل ڈھانچے کے اندر ہوائی جہاز کے زاویہ کا حساب دکھاتا ہے۔
ہائی انڈیکس اور لو انڈیکس والے طیاروں (ٹیبل 2) کے درمیان حسابی کرسٹللوگرافک زاویوں نے معیاری θ-2θ اسکینوں میں ان کی عدم موجودگی کی وضاحت کرتے ہوئے بڑی غلط فہمیوں (>10°) کو دکھایا۔ اس لیے قطب کے اعداد و شمار کا تجزیہ (995) پر مبنی نمونے پر اس کی غیر معمولی دانے دار شکل (ممکنہ طور پر کالم کی نمو یا جڑواں پن سے) اور کم کھردری کی وجہ سے کیا گیا۔ Si سبسٹریٹ اور 3C-SiC پرت سے (111) قطبی اعداد و شمار (تصویر 3) تقریبا ایک جیسے تھے، جو جڑواں ہونے کے بغیر ایپیٹیکسیل ترقی کی تصدیق کرتے ہیں۔ مرکزی جگہ نظریاتی (111)-(995) زاویہ سے مماثل، χ≈15° پر ظاہر ہوئی۔ تین ہم آہنگی کے مساوی دھبے متوقع پوزیشنوں پر نمودار ہوئے (χ=56.2°/φ=269.4°، χ=79°/φ=146.7° اور 33.6°)، حالانکہ χ=62°/φ=93.3° پر ایک غیر متوقع کمزور جگہ مزید تفتیش کی ضرورت ہے۔ کرسٹل لائن کوالٹی، جس کا اندازہ φ-اسکین میں جگہ کی چوڑائی کے ذریعے کیا جاتا ہے، امید افزا دکھائی دیتا ہے، حالانکہ مقدار کے تعین کے لیے راکنگ کریو پیمائش کی ضرورت ہے۔ (510) اور (553) نمونوں کے قطب کے اعداد و شمار ان کی فرضی نوعیت کی تصدیق کے لیے مکمل ہونا باقی ہیں۔
شکل 3 (995) اورینٹڈ نمونے پر ریکارڈ کردہ XRD چوٹی کا خاکہ دکھاتا ہے، جو Si سبسٹریٹ (a) اور 3C-SiC پرت (b) کے (111) طیاروں کو دکھاتا ہے۔
4. نتیجہ
Heteroepitaxial 3C-SiC نمو (110) کے علاوہ زیادہ تر Si واقفیت پر کامیاب ہوئی، جس سے پولی کرسٹل لائن مواد حاصل ہوا۔ Si(100)2° آف اور (995) سبسٹریٹس نے سب سے ہموار پرتیں (RMS <1 nm) تیار کیں، جبکہ (111)، (211) اور (553) نے نمایاں جھکاؤ (30-60 μm) دکھایا۔ ہائی انڈیکس سبسٹریٹس کو θ-2θ چوٹیوں کی غیر موجودگی کی وجہ سے ایپیٹیکسی کی تصدیق کرنے کے لیے اعلی درجے کی XRD خصوصیت (مثلاً، قطبی اعداد و شمار) کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس تحقیقی مطالعہ کو مکمل کرنے کے لیے جاری کام میں راکنگ وکر کی پیمائش، رامان تناؤ کا تجزیہ، اور اضافی ہائی انڈیکس واقفیت میں توسیع شامل ہے۔
عمودی طور پر مربوط کارخانہ دار کے طور پر، XKH سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹس کے ایک جامع پورٹ فولیو کے ساتھ پیشہ ورانہ حسب ضرورت پروسیسنگ خدمات فراہم کرتا ہے، جس میں معیاری اور مخصوص اقسام کی پیشکش کی جاتی ہے جس میں 4H/6H-N، 4H-Semi، 4H/6H-P، اور 3C-SiC شامل ہیں، جو 12 انچ سے 2 انچ تک قطر میں دستیاب ہیں۔ کرسٹل گروتھ، پریزین مشیننگ، اور کوالٹی ایشورنس میں ہماری اینڈ ٹو اینڈ مہارت پاور الیکٹرانکس، RF، اور ابھرتی ہوئی ایپلی کیشنز کے لیے موزوں حل کو یقینی بناتی ہے۔
پوسٹ ٹائم: اگست 08-2025