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反应气流的变化会影响长条状的硅碳棒

2022-02-11 17:46:56     点击:

    影响硅碳棒选择性生长的因素还有很多,例如,反应气流的变化会影响长条状的硅碳棒形貌.实验中,将制作好催化剂的Si基片放置在石墨舟的凹洞处,再稍倾斜的盖上托盘,只留出一极小的缝隙以便反应气体通过。这种处理方式,相当于在不改变整个反应气压的情况下,增大了气体的流速,使得单位时间内,流过基片表面的反应气体增多.实验中以CH4和SiH4作为反应气体,流量均为3 sccm,生长温度为1350 ℃,反应室气压控制为60,生长时间为1小时。图4-31为采用此方法生长出的硅碳棒表面形貌图。发现硅碳棒并不致密,在表面形成了网状多孔的结构,与前面通常情况下生长出的薄膜表面形貌大不相同。

    由于过量的催化剂的存在,使得长条状硅碳棒生长对温度、气压等常规反应参数并不敏感。根据Ni-Si相图,当反应室温度高于600 ℃后,催化剂就会逐步的转变为Ni-Si液相合金,在整个生长过程中,催化剂一直处于过量的状态,也就是说在矩形凹槽中,一直有足量的Ni-Si液相合金保证长条状硅碳棒的生长。因此,长条状硅碳棒生长与硅碳棒晶须相比,不存在催化剂耗尽或者明显减少的过程;而与硅碳棒微米柱生长相比,整个矩形凹槽的体积是微米柱的数万倍,使得长条状硅碳棒的生长对一些诸如气压、温度等常规的反应参数改变并不敏感。

    在硅碳棒晶须生长的研究中发现,随着催化剂厚度的增加,生长出的硅碳棒晶须直径逐渐变大,当催化剂厚度达到2 .m时,在lOmmXlOmm的基片上生长出了硅碳棒,如图3-11所示。从VLS生长机理来说,当催化剂厚度达到一定程度时,Ni-Si液相合金在Si基片表面只收缩成一个小液滴,换句话说,Ni-Si液相合金与Si基片间的铺展角度约为零。在这种情况下,进入小液滴的Si和C原子依旧在L-S界面析出,如果在硅碳棒生长过程中保持有足够多的催化剂,那么生长出的不再是晶须而是硅碳棒。(p72) www.zbqunqiang.cn


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