Введение к работе
Актуальность темы.
Такие свойства карбида кремния, как тугоплавкость, химическая, радиационная и износостойкость, высокая твердость, низкий коэффициент диффузии атомов (углерода и др.) обуславливают применение пленок и покрьтгй SiC защитного и барьерного характера. В электронике SiC используются для изготовления силовых, высокотемпературных приборов и высокочастотных полупроводниковых приборов, в оптике -для зеркал лазеров. Аморфный гидрированный карбид кремния a-Sii.xCx:H, получаемый методами магнетронного распыления и плазмо химического осаждения из газовой фазы, перспективен с точки зрения его фотопроводимости и фотолюминесценции. Среди различных методов получения большое значение, вследствие своей универсальности, имеют термически активированные химические реакции образования карбида кремния из газообразных реагентов (Chemical Vapor Deposition
— CVD), поскольку позволяют синтезировать не только пленочные
структуры, но и покрытия на зернистых материалах; заращивать карби-
докремниевой матрицей поры внутри твердых тел или образованные
упаковкой дисперсных частиц, волокон, слоев (Chemical Vapor Infiltration
— CVI), т.е. получать композиционные материалы.
Использование метилсилана (МС) в качестве исходного реагента для получения карбида кремния методом химического осаждения из газовой фазы (CVD)
CH3SiH3 = SiC+3H2 дает ряд преимуществ по сравнению с традиционными способами, в которых используются галоидные кремнииорганические соединения, чаще всего— метилтрихлорсилан (CH3SiCl3 = SiC + ЗНС1), либо смеси силана с углеводородом (Silit +C3Hs). МС обеспечивает экологическую чистоту и безопасность процесса, поскольку исключаются агрессивные вредные хлорсодержащие вещества и МС химически стоек при комнатной температуре (не пирофорен, как моносилая; не диспропорционирует при длительном хранении, как полисиланы). Помимо прочего, использование метилсилана позволяет понизить температуру CVD — процесса, которая для друпгх исходных реагентов в большинстве случаев превышает 1000 С.
Кинетика реакции, а также состав, структура и свойства осажденных пленок, ранее исследовались для условий проведения пиролиза МС в реакторах с холодными стенками в области относительно низких парциальных давлений метилсилана р(МС) я 1... 10 Па и общих давлений р. [Johonson A.D. et al. II J. Phys. Chem.l993.V.97,N49.P.12937-12948; Oh-
shita Y. II J. Cryst. Growth. 1995. V.147, N1/2. P.lll-116; Golecki F. et al. II Appl. Phys. Lett. 1992. V60, N14. P. 1703-1705]
Цель работы.
-Получение карбида кремния путем термического разложения МС в реакторе с горячими стенками в области относительно высоких давлений р(МС) и р.
-Исследование химической кинетики данного процесса.
-Изучение состава, структуры, свойств полученных пленок карбида кремния методами спектроскопии, дифракции, микроскопии, электрофизических измерений.
Научная новизна
- Определены границы областей гетерогенного (рост пленок на поверхности) и гомогенного (образование порошка в объеме) разложения МС.
-Для режима роста пленок карбида кремния из газовой фазы МС установлена зависимость константы скорости реакции от парциального давления газа-разбавителя (НД когда феноменологическая кинетика процесса описывается уравнением Линдемана.
-Для исследуемых условий протекания CVD- процесса (вблизи от критического перехода в режим гомогенного разложения МС) определены кинетические параметры реакции (порядок реакции, энергия активации) и состав, структура образующихся пленок (аморфный слабогидри-рованный карбид кремния).
Практическая значимость
Установлены пределы возможностей получешш пленок карбида кремния из газовой фазы метилсилана в реакторе с горячими стенками, т.е. (а) диапазон рабочих параметров CVD- процесса и таких, как давление, температура, мольное отношение МС : газ-разбавитель (водород), скорость роста пленки и (б) состав, структура образующихся пленок в зависимости от условий осаждения.
Апробация работы
Проведена на научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ (С - Петербург, 1999.).
Публикации
Основное содержание результаты диссертации опубликовано в трех научных работах, из них одна статья и два тезисов докладов конференций.
Объем її структура диссертации
Работа изложена на 141 странице, содержит 29 рисунков и 10 таблиц; состоит из введеїшя (3 стр.), обзора литературы (43 стр.), экспериментальной части (24 стр.), результатов исследования (55 стр.), выводов (4 стр.), списка литературы (113 наименований).