Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 3 (3-е изд., 1988) (1152098), страница 125
Текст из файла (страница 125)
!9.3. Коэффициент активности кремния в растворе — расплаве при температуре менее 2400 К равен единице, а при 2600...3!00 К меняется в пределах 1,003...1,085. Собственный стехиометрический состав расплава карбида кремния может существовать при температуре 3460 К и давлении 10ш Па. Заметное диссоциативное испарение карбида преминя происходит при температуре выше 2100 К. В состав равновесного пара входят молекулы: 5|, 5!Сз, 5ь|С и в незначительных количествах 54, 5<С, 5||Си 5|з, 5ЬСз, 5!зС и т. д.
Реакции диссоциативного испарения карбида кремния с учетом основных компонентов паровой фазы: 1. 5<С, . 5<, +С„й,=рай 2. 5<С,+51, ~~ 5<зС6 й|=Рюзс/Рш| 3. 25<С че5!Сз.+51 .; йз=рзсзрм где й|, йз, йз — константы равновесия. 5 19.Ц Основные 4изико-хииические свойства карбида крекния б) ббб'С аб 4"а го С Я ю лкг МОЛЬ июп июм аажатсн Л У Ф + М б К Рис.
!9.3. Диаграмма состояния карбида кремния: а -- в крупном масштабе; б — часть диаграммы со стороны кремния; в — часть диаграммы са стороны углерода; с — кривая ликвидуса в системе ЯС вЂ” 59 д — параметр взаимодействия ас-кремния и углерода в растворе-расплаве; с — температурные зависимости давлений паров основных компонентов над карбидом кремния политипв 6Н ( — система 5К вЂ” 59 — — — ЯС вЂ” С) Таблица /9./.
Крмсталлохнмнческне параметры полнтнпных структур карбкда кремния Соотношение концентраций кремния и углерода Сз~ СС Хнмнческий сдвиг линии Гузвля эб Реншеновская н практическая платность Параметры кристаллической решеткн Концентрации вакансий кремння н углерода Зффектнвныйй заряд 4* Степень гекса- ганаль- ности О Знтвльоин образования ЬН!ввв кДж/маль Знтвоояия Зввв, Дж/!моль х К) Темвература Дебая Од Поли- та п СР' 1О-вв, см Сг. 1О см о,„, г/си' ом, г/см' с/л, нм с, нм ЗС 0,20 1,046 3,2154 2,0 0,74 3,! 584 — 62,7 — 64,4 14,88 0,25 0,26 3,2!59 З,З 3,1657 1,7 23,28 21/7 3.2159 1,022 3,2! 60 0,33 0,33 1,22 3,! 661 4,3 1,5 21,61 ЗЗ/7 0,36 3,21 59 0,32 1,0! 2 3,! 665 0,40 1,!9 3,2162 24,70 0,40 3,2161 1ОН 20,69 6,2 0,44 3,2! 62 3,1665 1,0 0,35 891 22,28 3,2! 63 3,1673 7,! 0,5 0,37 1,37 1,001 1,00830 0,7 — 66,5 10,62 0,2624 3,2! 5! Параметры приведены в гексагональных осях для сравнительного анализа, параметр решетки в кубических осях равен а=0,43596 нм.
Параметры политипа 2Н получены на несовершенных кристаллах. 0,308269в 0,308 130 0,308! ! 1 0,308086 0,308075 0,308043 0,308049 0,308028 0,307997 0,30763 0,755!24в 2,015!6 5,29034 1,5!! 74 8,3! 534 3,7801 4 2,5201! 6,80495 0,251 708в 0,251 895 0,251921 0,251 955 0,25!980 0.252009 0,2520!1 0,252035 0252076 В сь н о > < пз < 451 (4 19.!) Основные физико-химические свойства карбида кремния Таблича 192. Значения постоянных в температурных зависимостях давления пара основных компонентов паровой фазы над карбидом кремния полнтипов 8Н н ЗС зи-ЯС вЂ” С 6Н-ЯС вЂ” Я ЗС-5<С вЂ” Я ЗС-ЯС вЂ” С Постоянные 5< С 5!Сг 5! 5<С ЯС 3<эС 5<Сг Я Я,С 5<С А, В;.10-', К вЂ” ' 12,74 15.! 0 2,66 3,42 15,98 3,53 10,82 2.04 13,23 18,05 12,89 2,81 4,18 2,68 15,35 3,45 16,11 10,82 3,54 2,04 ! 3,28 2,81 18,18 4,18 С с=! 5 1Ох" ехр ( — Л 97/1<Т) Температурные зависимости давления паров основных компонентов в диапазоне !800...3103 К описываются выражением !8 Р,=А< — В;/Т.
Значения А, и В< для различных систем приведены в табл. 19.2. В системе 5)С вЂ” 51 это выражение описывает давления паров с хорошей точностью при температуре менее 2600 К. При приближении к температуре перитектического преврашения Т„ ход кривых несколько отклоняется от линейной функции в координатах 18 р=) (1 /Т) (см. Рнс. 19.3, е). Приведенные значения давления паров кремния примерно в два раза завышены по сравнению с наиболее надежными экспериментальными данными. Расчет давлений паров иад другими поли- типами может быть произведен с помошью выражения 18 Р«о) =18 Р«зс! — а,О.
Значения множителя а, приведены в табл. 19.3. Так как давления паров компонентов 5ЬС и ЯСэ согласно константам реакций диссоциативного испарения зависят от давления пара кремния, то для управления составом пара иад карбидом кремния чрезвычайно важно знать уравнения связи (ОН-ЯС): Ры,с=2 85 1Ох схр ( — 1 79 10з/Т) р ряс =9,41 ° 10ы ехр ( — 14,35.ПР/7)/рч,.
Аналогичные выражения можно ааписать с помошью табл. 19.3 и для давлений паров над другимн политипами карбида кремния. Отношение концентраций атомов кремния и углерода в паровой фазе Нз,/Нс в значительной части температур больше единицы и может быть рассчитано по формуле Сы „+И +~ Сс Рэ<хс+ 2РЗШ< В кристаллах политипоз карбида кремния наблюдается два вида отклонений от стехиометрического состава. Первый вид характеризуется большими ой<лонениями (см. табл.
19.1) н предпахагаетси, что обусловлен субструктурным упорядочением вакансий кремния н углерода в кристаллической решетке. Слои Я вЂ” С, находящиеся в кубическом и гексагональном положениях, как бы сохраняют свой состав в разных политппах, что приводит к линейному изменению общего состава, практической плотности и других фиаико-химических характеристик кристаллов в зависимости от степени гексагоналыюсти (см. табл. 19.1). Второй вид отклонений от стехиометрии имеет неболыкое значение !О '...10 ' ч6 (ат.) н характеризуется случайным распределением вакансий кремния и углерода а кристаллической решетке. Согласно данным экспсриментоз по закалке кристаллов 6Н-5(С зависимость концеатрации парамагнитных вакансий в углеродной подрешегке при температуре 1900...2450 'С имеет вид где Л(Р— энергия активации, равная 2,1 эВ.
Теоретические аначсния энергий образования вакансий в подрсшстках кремния и углерода соответственно равны Л(риз<= =4,03 эВ и Л)Р',с — — 2,92 эВ, а энергий образования дефектов взанмозамешения (анти- структурных дефектов) Л(рз< —— 3.2 эВ; Л(роз,=2,9 эВ. Экспериментальное значение энергии миграции углеродной вакансии при температуре 1080...!300 К составляет 1,2 эВ. Рентгеновская и практическая плотности, параметры элементарных ячеек. а и с, межслойные расстояния с/п (л — число слоев в элементарной ячейке), энтальпии и энтропии образования (ЛН$эз и 5зэм) представлены в табл.
19 !. В табл. !9.! также представхены величины химического Сдвига авалитической линии ЯК ьх ((Рз<х,„) в политипах карбида кремния относительно элементарного кремния, определенные методом рентгсноспектральиого микроннализа, и рассчитанные по ним значения эффективных зарядов кремния. Наблюдаемый химический сдвиг аналитической линии кремния в политипах карбида кремния свидетельствует о наличии положительного заряда на атомах кремния, значения которого 4* приведены в табл. !9.!.
Зто связано с тем. что атом углерода обхадаег большей электроотрицательностью (2,5), чем атом Ц од 9 зри но ) ш н аз вы е го з ч ) я не [разя. 19) мнм мин 7 а 4М Ю() 5))О 700'С ййз) 500 Б00'С Рис. 19.4. Зависимость скорости травления 6Н вЂ” зйС для разных составов (а) и кристаллических граней (б) от температуры расплава ° — КОН+НззОз (9з!): Π— КОН+ КзО (9з1), Д -- КОН;+ — НаОН, Π— НзОН+НззОз (9:!) кремния (1,8). Увеличение эффективного заряда приводит к росту ионностн химической связи пслитипов при увеличении степени гексагональносги, что обусловлено различной конфигурацией координационных сфер. Ионность химической связи в 5)С по Полингу составляет 12 ззй.
Аииаотропия темнературнога коэффициента расширения для политипов карбида кремвия незначительна (а)/аз) =! ...1,07 при температуре !00,.1500 К). Для некоторых политипов известны температурные зависимости а только для параметра кристаллической решетки с/л, которые при температуре !8...1000 'С описываются следующими уравнениями: Карбид кремния обладает исключительной химической стойкостью. При комнатной температуре он не вступает ао взаимодействие с концентрированными и разбавленными кислотами, их смесями и водными растворами щелочей. Исключение составляют нагретая ортофосфорная кислота н смесь азотной и плавиковой кислот.
При температуре 400...900 'С карбид кремния взаимодействуег с мором, расгшавами щелочей, солей и пероксидов щелочных металлов (рис. !9А). При температуре ныше !500'С карбид кремния реагирует с парами воды и водородом, что используется в технологии газового травления кристаллов и для интенсификации массопереноса при выращивании эпитаксиальных слоев из газовой фазы. Скорость травления карбида кремния в травителях (жидких и газообразных) зависит ст кристадлографического направления н типа проводимости кристаллов, что используется для идентификации граней, изготовления меза-структур, для выявления р — л-переходов и т. д. Важное значение лдя изготовлевия приборов на основе карбида кремния имеют зависимОсти скорости термического оксидирования монокрисгаллов.
Оксидирование монокристаллов $)С не требует разработки специальной технологии н может быть проведено по кремниевой технологии, но прн более высоких температурах. Процесс оксиднроаания в общем случае описывается линейно-параболическим законом роста оксидных пленок: зхзс=(32+41„10 — з,! 26 !О-з (з) 10 — з. айэн=(28 ! 66.10 — з 1 38 10-з )з) )б-з. аззн=(2,3+8,9.!О ' ( — 7,0 10 з.(з) !Π— "; а),зл=-(2,3+90.)0 '-( — 7,9 1Π— '.(з) 10-з; аНОН=(2,8+66. !О з-) — 5,1 !Π— ' (з) 1Π— '; а)зтл=(23+83-!О ' ) — 67-10 — '.(З) 1О-З; оИЗ) —— (29+46 10 з.( — 23 !О ' Зз) )О Иэ.за отсутствия экспериментальных данных по ах с Достаточно хорозним пРиближением можно считазм что а)=аз =а.
Дебаевские характеристические температуры политипов Од, найденные иэ анализ» температурных зависимостей а, приведены в табл. 19.1. Приведенные в табзице значения стандартной энтропии политипов найдены нэ функциоаальной связи, существующей между стандартной энтропией н температурой Дебая аля полупроводниковых веществ. йз й — + — =т, йз йз где Ь вЂ” толщина оксидиых пленок; т — время оксидиРованиа: Аз 4 йзз ехР ( — Ь)Р~//(Т)-- Основные физико-химические свойства карбида кремния ($19.1) Таблица 19.3.
Значения множзтеля а, для расчета давлемия пара компоментов над различными политипами карбида кремния () б 12 й) с Таблица 19А. Зиергия активации и частотные множители параболической и линейной составляющих закона роста оксидных пленок нв грани (0001) С монокристаллов 6Н-ЯС константа параболической составляющей закона роста! йз =.йж ехр ( — Д)уз/)(Т) — консганта линейной составляющей закона роста. При температуре !000...)300'С в потоке сухого и унлажненного кислорода со скоростью !5 л/мин скорость роста оксидных пленок на грани (0001)С з 5...10 раз выше скорости роста на противоположной грани (000! ) Я (рис. 19 5).
На других гранях, например (1120), ана имеет промежуточные значения по сравнению с гранями (000!! На грани (000! ) С лимитирующей стадией процесса оксидирования является диффузия компонентов реакции сквозь растущую оксидную пленку. Поэтому на скорость оксидирования этой грани не влияет ни вид обработки поверхности монокристалла, ни тип и уровень легирования кристалла примесями, ни его палитипная структура. В табл. 19.4 приведены постоянные линейно-параболического уравнения, описывающего процесс оксидирозания грани (000!) С. На грани (000!) 5~ скорость оксидирования лимитируется химическими реакциями на границе раздела оксид — ЯС и при длительностях оксидирования больших 30 мнн кинетические зависимости становятся почти линейными. Значения констант линейного закона окскднрозання грани (0001)Я политипа 6Н-ЯС привелены н табл.
19.5. При этом нз скорость оксилирозания влияют технология предварительной обработки грани (0001)5), тип проводимости кристалла (при переходе от п к р-типу константа оксндирова- Рнс. !9.5. Кинетические зависимости роста оксидных пленок 6Н-ЯС при ! )80'С в суком кислороде (рн,о(10 Пз) на гранях !0001) С (кривая 1) и (0001) 51 (кривая 2) ния уменьшается на 5%) и его политипная структура. Зависимость константы линейной составляющей скорости оксидирования (з наиометрах з секунцу) грани (0001)Я з суком кислороде ат степени гексагональности поли- типов ЯС йз.= (!0-)-0,5) ехр,( — (Л)уз„+ (д)Р/ИР) Р)/НТ~, где Л)Рте=.89,0з:0,4 иДж/моль. энергия активации процесса оксидирозання яолитипа ЗС-ЯС; д)Р/дР= (75-~-! ) )О' Дж/моль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
