3C SiC এর বিকাশের ইতিহাস

একটি গুরুত্বপূর্ণ ফর্ম হিসাবেসিলিকন কার্বাইড, উন্নয়ন ইতিহাস3C-SiCঅর্ধপরিবাহী পদার্থ বিজ্ঞানের ক্রমাগত অগ্রগতি প্রতিফলিত করে। 1980 এর দশকে, নিশিনো এট আল। রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) [1] দ্বারা সিলিকন সাবস্ট্রেটে প্রথম 4um 3C-SiC পাতলা ফিল্ম পাওয়া যায়, যা 3C-SiC পাতলা ফিল্ম প্রযুক্তির ভিত্তি স্থাপন করেছিল।

1990 এর দশক ছিল SiC গবেষণার স্বর্ণযুগ। ক্রি রিসার্চ ইনক. 1991 এবং 1994 সালে যথাক্রমে 6H-SiC এবং 4H-SiC চিপ চালু করে,SiC সেমিকন্ডাক্টর ডিভাইস. এই সময়ের মধ্যে প্রযুক্তিগত অগ্রগতি পরবর্তী গবেষণা এবং 3C-SiC এর প্রয়োগের ভিত্তি স্থাপন করে।

21 শতকের গোড়ার দিকে,গার্হস্থ্য সিলিকন-ভিত্তিক SiC পাতলা ছায়াছবিএছাড়াও একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে বিকশিত হয়েছে। ইয়ে ঝিজেন এট আল। 2002 সালে নিম্ন তাপমাত্রার অবস্থার অধীনে সিভিডি দ্বারা সিলিকন-ভিত্তিক SiC পাতলা ছায়াছবি তৈরি করা হয়েছিল [2]। 2001 সালে, An Xia et al. ঘরের তাপমাত্রায় ম্যাগনেট্রন স্পুটারিং দ্বারা সিলিকন-ভিত্তিক SiC পাতলা ফিল্ম তৈরি করা হয় [3]।

যাইহোক, Si এর জালি ধ্রুবক এবং SiC (প্রায় 20%) এর মধ্যে বড় পার্থক্যের কারণে, 3C-SiC এপিটাক্সিয়াল স্তরের ত্রুটির ঘনত্ব তুলনামূলকভাবে বেশি, বিশেষ করে যমজ ত্রুটি যেমন DPB। জালির অমিল কমাতে, গবেষকরা (0001) পৃষ্ঠে 6H-SiC, 15R-SiC বা 4H-SiC ব্যবহার করে 3C-SiC এপিটাক্সিয়াল স্তর বাড়াতে এবং ত্রুটির ঘনত্ব কমাতে সাবস্ট্রেট হিসেবে। উদাহরণস্বরূপ, 2012 সালে, Seki, Kazuaki et al. ডায়নামিক পলিমরফিক এপিটাক্সি কন্ট্রোল টেকনোলজির প্রস্তাব করেছে, যা সুপারস্যাচুরেশন নিয়ন্ত্রণ করে 6H-SiC (0001) পৃষ্ঠের বীজে 3C-SiC এবং 6H-SiC এর পলিমরফিক সিলেক্টিভ বৃদ্ধি উপলব্ধি করে [4-5]। 2023 সালে, Xun Li-এর মতো গবেষকরা বৃদ্ধি এবং প্রক্রিয়াটিকে অপ্টিমাইজ করার জন্য CVD পদ্ধতি ব্যবহার করেছিলেন এবং সফলভাবে একটি মসৃণ 3C-SiC অর্জন করেছিলেনএপিটাক্সিয়াল স্তর14um/h বৃদ্ধির হারে 4H-SiC সাবস্ট্রেটের উপরিভাগে কোনো DPB ত্রুটি নেই[6]।

3C SiC-এর স্ফটিক কাঠামো এবং প্রয়োগ ক্ষেত্র

অনেক SiCD পলিটাইপের মধ্যে, 3C-SiC হল একমাত্র কিউবিক পলিটাইপ, যা β-SiC নামেও পরিচিত। এই স্ফটিক কাঠামোতে, Si এবং C পরমাণুগুলি জালিতে এক থেকে এক অনুপাতে বিদ্যমান এবং প্রতিটি পরমাণু চারটি ভিন্নধর্মী পরমাণু দ্বারা বেষ্টিত, শক্তিশালী সমযোজী বন্ধন সহ একটি টেট্রাহেড্রাল কাঠামোগত ইউনিট গঠন করে। 3C-SiC-এর কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য হল যে Si-C ডায়াটমিক স্তরগুলিকে বারবার ABC-ABC-… ক্রমে সাজানো হয় এবং প্রতিটি একক কোষে তিনটি এরকম ডায়াটমিক স্তর থাকে, যাকে বলা হয় C3 প্রতিনিধিত্ব; 3C-SiC এর স্ফটিক গঠন নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে:

চিত্র 1 3C-SiC এর স্ফটিক কাঠামো

বর্তমানে, সিলিকন (Si) পাওয়ার ডিভাইসের জন্য সর্বাধিক ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টর উপাদান। তবে, Si এর পারফরম্যান্সের কারণে, সিলিকন-ভিত্তিক পাওয়ার ডিভাইসগুলি সীমিত। 4H-SiC এবং 6H-SiC-এর সাথে তুলনা করে, 3C-SiC-এর সর্বোচ্চ কক্ষ তাপমাত্রার তাত্ত্বিক ইলেকট্রন গতিশীলতা রয়েছে (1000 সেমি·ভি-1·এস-1), এবং এমওএস ডিভাইস অ্যাপ্লিকেশনে এর আরও সুবিধা রয়েছে। একই সময়ে, 3C-SiC-তে উচ্চ ব্রেকডাউন ভোল্টেজ, ভাল তাপ পরিবাহিতা, উচ্চ কঠোরতা, প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ, উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ এবং বিকিরণ প্রতিরোধের মতো চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে। অতএব, এটির ইলেকট্রনিক্স, অপটোইলেক্ট্রনিক্স, সেন্সর এবং চরম অবস্থার অধীনে অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে প্রচুর সম্ভাবনা রয়েছে, সম্পর্কিত প্রযুক্তির বিকাশ এবং উদ্ভাবন প্রচার করে এবং অনেক ক্ষেত্রে ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা দেখায়:

প্রথম: বিশেষত উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ তাপমাত্রার পরিবেশে, উচ্চ ভাঙ্গন ভোল্টেজ এবং 3C-SiC এর উচ্চ ইলেক্ট্রন গতিশীলতা এটিকে MOSFET [7] এর মতো পাওয়ার ডিভাইস তৈরির জন্য একটি আদর্শ পছন্দ করে তোলে। দ্বিতীয়: ন্যানোইলেক্ট্রনিক্স এবং মাইক্রোইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল সিস্টেমে (MEMS) 3C-SiC এর প্রয়োগ সিলিকন প্রযুক্তির সাথে এর সামঞ্জস্য থেকে উপকৃত হয়, যা ন্যানোইলেক্ট্রনিক্স এবং ন্যানো ইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল ডিভাইসের মতো ন্যানোস্কেল কাঠামো তৈরি করতে দেয় [৮]। তৃতীয়: একটি প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর উপাদান হিসাবে, 3C-SiC তৈরির জন্য উপযুক্তনীল আলো-নির্গত ডায়োড(এলইডি)। আলো, ডিসপ্লে প্রযুক্তি এবং লেজারগুলিতে এর প্রয়োগটি এর উচ্চ উজ্জ্বল দক্ষতা এবং সহজ ডোপিংয়ের কারণে মনোযোগ আকর্ষণ করেছে [৯]। চতুর্থ: একই সময়ে, 3C-SiC পজিশন-সেনসিটিভ ডিটেক্টর, বিশেষ করে লেজার পয়েন্ট পজিশন-সেনসিটিভ ডিটেক্টর তৈরি করতে ব্যবহৃত হয় ল্যাটারাল ফোটোভোলটাইক ইফেক্টের উপর ভিত্তি করে, যা শূন্য পক্ষপাতের অবস্থার অধীনে উচ্চ সংবেদনশীলতা দেখায় এবং সুনির্দিষ্ট অবস্থানের জন্য উপযুক্ত [১০] .

3. 3C SiC heteroepitaxy এর প্রস্তুতির পদ্ধতি

3C-SiC heteroepitaxy এর প্রধান বৃদ্ধির পদ্ধতি অন্তর্ভুক্তরাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD), পরমানন্দ এপিটাক্সি (SE), লিকুইড ফেজ এপিটাক্সি (এলপিই), মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE), ম্যাগনেট্রন স্পুটারিং, ইত্যাদি। CVD হল 3C-SiC এপিটাক্সির জন্য পছন্দের পদ্ধতি কারণ এর নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা এবং অভিযোজনযোগ্যতা (যেমন তাপমাত্রা, গ্যাস প্রবাহ, চেম্বারের চাপ এবং প্রতিক্রিয়ার সময়, যা মানের অপ্টিমাইজ করতে পারে) এপিটাক্সিয়াল স্তর)।

রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD): Si এবং C উপাদান সমন্বিত একটি যৌগিক গ্যাস বিক্রিয়া চেম্বারে প্রেরণ করা হয়, উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত এবং পচনশীল হয়, এবং তারপর Si পরমাণু এবং C পরমাণুগুলি Si সাবস্ট্রেট, বা 6H-SiC, 15R-তে প্রবাহিত হয়। SiC, 4H-SiC সাবস্ট্রেট [১১]। এই প্রতিক্রিয়ার তাপমাত্রা সাধারণত 1300-1500℃ এর মধ্যে থাকে। সাধারণ Si উত্সগুলির মধ্যে রয়েছে SiH4, TCS, MTS, ইত্যাদি, এবং C উত্সগুলি প্রধানত C2H4, C3H8, ইত্যাদি, H2 কে ক্যারিয়ার গ্যাস হিসাবে অন্তর্ভুক্ত করে। বৃদ্ধি প্রক্রিয়ায় প্রধানত নিম্নলিখিত পদক্ষেপগুলি অন্তর্ভুক্ত থাকে: 1. গ্যাস ফেজ প্রতিক্রিয়া উত্স প্রধান গ্যাস প্রবাহে জমা জোনে স্থানান্তরিত হয়। 2. পাতলা ফিল্মের পূর্বসূরী এবং উপজাত উৎপন্ন করার জন্য সীমানা স্তরে গ্যাস ফেজ প্রতিক্রিয়া ঘটে। 3. পূর্বসূরীর বৃষ্টিপাত, শোষণ এবং ক্র্যাকিং প্রক্রিয়া। 4. শোষিত পরমাণুগুলি স্থানান্তরিত হয় এবং স্তরের পৃষ্ঠে পুনর্গঠিত হয়। 5. শোষিত পরমাণুগুলি নিউক্লিয়েট করে এবং সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে বৃদ্ধি পায়। 6. বর্জ্য গ্যাসের ভর পরিবহন প্রধান গ্যাস প্রবাহ অঞ্চলে বিক্রিয়ার পরে এবং প্রতিক্রিয়া চেম্বার থেকে বের করা হয়। চিত্র 2 হল CVD [12] এর একটি পরিকল্পিত চিত্র।

চিত্র 2 CVD এর স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম

পরমানন্দ এপিটাক্সি (SE) পদ্ধতি: চিত্র 3 হল 3C-SiC প্রস্তুত করার জন্য SE পদ্ধতির একটি পরীক্ষামূলক কাঠামো চিত্র। প্রধান ধাপগুলি হল উচ্চ তাপমাত্রার অঞ্চলে SiC উৎসের পচন এবং পরমানন্দ, সাবলাইমেটগুলির পরিবহন এবং নিম্ন তাপমাত্রায় সাবস্ট্রেট পৃষ্ঠে সাবলাইমেটগুলির প্রতিক্রিয়া এবং স্ফটিককরণ। বিশদ বিবরণ নিম্নরূপ: 6H-SiC বা 4H-SiC সাবস্ট্রেট ক্রুসিবলের শীর্ষে স্থাপন করা হয় এবংউচ্চ বিশুদ্ধতা SiC পাউডারSiC কাঁচামাল হিসাবে ব্যবহৃত হয় এবং নীচের অংশে স্থাপন করা হয়গ্রাফাইট ক্রুসিবল. ক্রুসিবলকে রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি ইন্ডাকশন দ্বারা 1900-2100℃ এ উত্তপ্ত করা হয়, এবং সাবস্ট্রেটের তাপমাত্রা SiC উৎসের চেয়ে কম হতে নিয়ন্ত্রিত হয়, ক্রুসিবলের ভিতরে একটি অক্ষীয় তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে, যাতে সাবলিমেটেড SiC উপাদানটি সাবস্ট্রেটের উপর ঘনীভূত এবং স্ফটিক করতে পারে। 3C-SiC heteroepitaxial গঠন করতে।

পরমানন্দ এপিটাক্সির সুবিধাগুলি প্রধানত দুটি দিকে রয়েছে: 1. এপিটাক্সি তাপমাত্রা বেশি, যা স্ফটিক ত্রুটিগুলি হ্রাস করতে পারে; 2. পারমাণবিক স্তরে একটি খোদাই করা পৃষ্ঠ পেতে এটি খোদাই করা যেতে পারে। যাইহোক, বৃদ্ধি প্রক্রিয়া চলাকালীন, প্রতিক্রিয়ার উত্স সামঞ্জস্য করা যায় না, এবং সিলিকন-কার্বন অনুপাত, সময়, বিভিন্ন প্রতিক্রিয়া ক্রম ইত্যাদি পরিবর্তন করা যায় না, যার ফলে বৃদ্ধি প্রক্রিয়ার নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা হ্রাস পায়।

চিত্র 3 3C-SiC এপিটাক্সি বৃদ্ধির জন্য SE পদ্ধতির পরিকল্পিত চিত্র

মলিকুলার বিম এপিটাক্সি (MBE) হল একটি উন্নত পাতলা ফিল্ম গ্রোথ টেকনোলজি, যা 4H-SiC বা 6H-SiC সাবস্ট্রেটে 3C-SiC এপিটাক্সিয়াল স্তর বৃদ্ধির জন্য উপযুক্ত। এই পদ্ধতির মূল নীতি হল: একটি অতি-উচ্চ ভ্যাকুয়াম পরিবেশে, উৎস গ্যাসের সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে, ক্রমবর্ধমান এপিটাক্সিয়াল স্তরের উপাদানগুলিকে একটি দিকনির্দেশক পারমাণবিক রশ্মি বা আণবিক মরীচি গঠনের জন্য উত্তপ্ত করা হয় এবং উত্তপ্ত স্তর পৃষ্ঠের উপর ঘটনা ঘটে। এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি। 3C-SiC বৃদ্ধির সাধারণ শর্তএপিটাক্সিয়াল স্তর4H-SiC বা 6H-SiC সাবস্ট্রেটগুলি হল: সিলিকন-সমৃদ্ধ পরিস্থিতিতে, গ্রাফিন এবং বিশুদ্ধ কার্বন উত্স একটি ইলেক্ট্রন বন্দুকের সাহায্যে গ্যাসীয় পদার্থে উত্তেজিত হয় এবং প্রতিক্রিয়া তাপমাত্রা হিসাবে 1200-1350℃ ব্যবহৃত হয়। 3C-SiC heteroepitaxial বৃদ্ধি 0.01-0.1 nms-1 [13] বৃদ্ধির হারে প্রাপ্ত করা যেতে পারে।

উপসংহার এবং সম্ভাবনা

ক্রমাগত প্রযুক্তিগত অগ্রগতি এবং গভীরতর প্রক্রিয়া গবেষণার মাধ্যমে, 3C-SiC হেটেরোপিট্যাক্সিয়াল প্রযুক্তি সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে আরও গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করবে এবং উচ্চ-দক্ষতাসম্পন্ন ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলির বিকাশকে উন্নীত করবে বলে আশা করা হচ্ছে। উদাহরণস্বরূপ, ক্রমাগত নতুন বৃদ্ধির কৌশল এবং কৌশলগুলি অন্বেষণ করা, যেমন কম ত্রুটির ঘনত্ব বজায় রেখে বৃদ্ধির হার বাড়ানোর জন্য HCl বায়ুমণ্ডল প্রবর্তন করা, ভবিষ্যতের গবেষণার দিকনির্দেশ; ত্রুটি গঠনের প্রক্রিয়ার উপর গভীর গবেষণা, এবং আরও উন্নত চরিত্রায়ন কৌশলগুলির বিকাশ, যেমন ফটোলুমিনেসেন্স এবং ক্যাথোডোলুমিনেসেন্স বিশ্লেষণ, আরও সুনির্দিষ্ট ত্রুটি নিয়ন্ত্রণ এবং উপাদান বৈশিষ্ট্যগুলিকে অপ্টিমাইজ করার জন্য; উচ্চ-মানের পুরু ফিল্ম 3C-SiC-এর দ্রুত বৃদ্ধি হল উচ্চ-ভোল্টেজ ডিভাইসগুলির চাহিদা পূরণের চাবিকাঠি, এবং বৃদ্ধির হার এবং বস্তুগত অভিন্নতার মধ্যে ভারসাম্য কাটিয়ে উঠতে আরও গবেষণা প্রয়োজন; SiC/GaN-এর মতো ভিন্নধর্মী কাঠামোতে 3C-SiC-এর প্রয়োগের সাথে মিলিত, পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স, অপটোইলেক্ট্রনিক ইন্টিগ্রেশন এবং কোয়ান্টাম তথ্য প্রক্রিয়াকরণের মতো নতুন ডিভাইসগুলিতে এর সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশনগুলি অন্বেষণ করুন।

তথ্যসূত্র:

[১] নিশিনো এস, হাজুকি ওয়াই, মাতসুনামি এইচ, এট আল। সিলিকন সাবস্ট্রেটে একক স্ফটিক β-SiC ফিল্মের রাসায়নিক বাষ্প জমা, স্পাটারড SiC ইন্টারমিডিয়েট লেয়ার [J]। জার্নাল অফ দ্য ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সোসাইটি, 1980, 127(12):2674-2680।

[২] ইয়ে ঝিজেন, ওয়াং ইয়াডং, হুয়াং জিংইউন, এট আল সিলিকন-ভিত্তিক সিলিকন কার্বাইড পাতলা ফিল্মগুলির কম-তাপমাত্রা বৃদ্ধির উপর গবেষণা, 2002, 022(001):58-60। .

[৩] An Xia, Zhuang Huizhao, Li Huaixiang, et al. ম্যাগনেট্রন স্পুটারিং দ্বারা ন্যানো-SiC পাতলা ফিল্ম প্রস্তুত করা (111) Si substrate [J]: প্রাকৃতিক বিজ্ঞান সংস্করণ, 2001: 382-34. ..

[৪] সেকি কে, আলেকজান্ডার, কোজাওয়া এস, এবং অন্যান্য। সমাধান বৃদ্ধিতে সুপারস্যাচুরেশন নিয়ন্ত্রণ দ্বারা SiC-এর পলিটাইপ-নির্বাচিত বৃদ্ধি[জে]। জার্নাল অফ ক্রিস্টাল গ্রোথ, 2012, 360:176-180।

[৫] চেন ইয়াও, ঝাও ফুকিয়াং, ঝু বিংজিয়ান, হি শুয়াই দেশে এবং বিদেশে সিলিকন কার্বাইড পাওয়ার ডিভাইসের উন্নয়নের ওভারভিউ, 2020: 49-54।

[6] লি এক্স , ওয়াং জি . উন্নত রূপবিদ্যার সাথে 4H-SiC সাবস্ট্রেটে 3C-SiC স্তরগুলির CVD বৃদ্ধি [J]. সলিড স্টেট কমিউনিকেশন, 2023:371।

[7] হউ কাইওয়েন সি প্যাটার্নযুক্ত সাবস্ট্রেট এবং 3C-SiC বৃদ্ধিতে এর প্রয়োগ [D], 2018।

[৮]লার্স, হিলার, থমাস, এবং অন্যান্য। 3C-SiC(100) মেসা স্ট্রাকচারের ECR-এচিং-এ হাইড্রোজেন প্রভাব

[৯] Xu Qingfang লেজার রাসায়নিক বাষ্প জমার মাধ্যমে 3C-SiC পাতলা ফিল্মের প্রস্তুতি, 2016।

[১০] Foisal A R M , Nguyen T , Dinh T K , et al.3C-SiC/Si হেটেরোস্ট্রাকচার: ফটোভোলটাইক প্রভাবের উপর ভিত্তি করে অবস্থান-সংবেদনশীল ডিটেক্টরের জন্য একটি চমৎকার প্ল্যাটফর্ম

[১১] Xin Bin 3C/4H-SiC হেটেরোপিট্যাক্সিয়াল বৃদ্ধি সিভিডি প্রক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে: ত্রুটি বৈশিষ্ট্য এবং বিবর্তন [ডি]।

[১২] ডং লিন বড়-এরিয়া মাল্টি-ওয়েফার এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ টেকনোলজি এবং সিলিকন কার্বাইডের ফিজিকাল প্রোপার্টি ক্যারেক্টারাইজেশন অফ চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্স, 2014।

[১৩] ডায়ানি এম, সাইমন এল, কুবলার এল, এট আল। 6H-SiC(0001) সাবস্ট্রেটে 3C-SiC পলিটাইপের স্ফটিক বৃদ্ধি [J]। জার্নাল অফ ক্রিস্টাল গ্রোথ, 2002, 235(1):95-102।