Температурная зависимость роста 3C-SiC при быстрой вакуумно-термической обработке кремния

The paper presents the results of a study of the structure, phase composition, and growth kinetics of silicon carbide epitaxial layers on silicon substrates during their rapid vacuum thermal treatment. Transmission electron microscopy revealed the formation of layers of the cubic polytype SiC (3C-SiC) on silicon during carbidization in the temperature range of 1000–1300 °C. It was found that the formation of SiC layers proceeds in two stages, characterized by different activation energies. In the lower temperature range from 1000 to 1150 °C, the activation energy of the SiC growth process is Ea = 0.67 eV, while in the temperature range from 1150 to 1300 °C, the activation energy increases by almost an order of magnitude (Ea = 6.3 eV), which indicates a change in the limiting physical process. It has been established that the type of conductivity and the orientation of the substrate affect the thickness of the formed SiC layers. In this case, the greatest thickness of silicon carbide layers is achieved on silicon substrates with (111) orientation of p-type conductivity.Представлены результаты исследования структуры, фазового состава и кинетики роста эпитаксиальных слоев карбида кремния на кремниевых подложках при их быстрой вакуумно-термической обработке. Методами просвечивающей электронной микроскопии установлено формирование слоев кубического политипа SiC (3C-SiC) на кремнии при карбидизации в диапазоне температур 1000–1300 °С. Обнаружено, что формирование слоев SiC проходит в два этапа, характеризующихся различными энергиями активации. В более низкотемпературном диапазоне (1000–1150 °С) энергия активации процесса роста SiC составляет Ea = 0,67 эВ, тогда как в диапазоне 1150–1300 °С она увеличивается практически на порядок (Ea = 6,3 эВ), что указывает на смену лимитирующего физического процесса. Установлено, что тип проводимости и ориентация подложки оказывают влияние на толщину формированных слоев SiC. При этом наибольшая толщина слоев карбида кремния достигается на кремниевых подложках с ориентацией (111) p-типа проводимости

Формирование SiC методом вакуумной карбидизации на пористом кремнии

Planar-view TEM investigation revealed the formation of cubic silicon carbide layers on porous silicon by vacuum carbidization. The formation of cubic silicon layers in the form of a two-phase system was found. At the same time, the formed SiC layers on the mesoporous buffer layer are predominantly polycrystalline. Using the Rutherford backscattering method, it was found that the use of buffer layers of porous silicon makes it possible to obtain SiC layers of greater thickness than on a pure silicon substrate under similar conditions of vacuum carbidization. It is shown that an increase in the pore size in porous silicon layers leads to an increase in the thickness of the formed SiC layers. It has been shown by scanning electron microscopy that vacuum carbideization of porous silicon leads to formation of SiC grains in pores, partial overgrowth and sintering of pores. The dependence of the SiC grain size on the pore size was established.Методами просвечивающей электронной микроскопии установлено, что вакуумная карбидизация пористого кремния при 1100 °C приводит к формированию слоев кубического карбида кремния. Обнаружено формирование слоев кубического SiC в виде двухфазной системы. При этом сформированные слои SiC на мезопористом буферном слое являются преимущественно поликристаллическими. Методом резерфордовского обратного рассеяния установлено, что использование буферных слоев пористого кремния позволяет получать слои SiC большей толщины, чем на чистой кремниевой подложке при аналогичных условиях вакуумной карбидизации. Показано, что увеличение размера пор в слоях пористого кремния приводит к увеличению толщины формируемых слоев SiC. С помощью метода растровой электронной микроскопии показано, что вакуумная карбидизация пористого кремния приводит к формированию зерен SiC в порах, частичному зарастанию и спеканию пор. Установлена зависимость размера зерен SiC от размера пор.