Полупроводниковая сэндвич-структура 3с-sic/si, способ ее получения и чувствительный элемент мембранного типа с ее использованием
Владельцы патента RU 2395867:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ) (RU)
Группа изобретений относится к микро- и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении микромеханических приборов. Сущность изобретения: полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si содержит последовательно расположенные кремниевую подложку с базовой ориентацией (100), слой нанопористого кремния толщиной 50÷180 нм, сформированный с помощью химического травления подложки, и слой 3С-SiC, нанесенный с замещением водорода на углерод в поверхностных связях Si-H слоя пористого кремния. Предложены также способ получения полупроводниковой сэндвич-структуры и чувствительный элемент мембранного типа с ее использованием. Техническим результатом изобретения является повышение обратного пробивного напряжения и подвижности носителей зарядов в полупроводниковой сэндвич-структуре за счет повышения надежности получения структурно совершенного слоя карбида кремния. 3 н.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл.
Группа изобретений относится к микро- и нанотехнологии и может быть использована при получении полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si для изготовления диодов и мембранных элементов микромеханических приборов.
Известна полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si, содержащая подложку из монокристаллического кремния и эпитаксиальный слой карбида кремния, между которыми расположен посредник - с-ВР. Такую структуру получают путем химического осаждения слоя с-ВР, синтезированного из газовой смеси диборана и фосфина, на подложку с последующим химическим осаждением SiC из монометилсилана или из пропан-силановой смеси (WO/2003/023095, С30В 25/02, H01L 21/04, 2003; US 20040053438, H01L 21/00, H01L 21/20, H01L 21/336, 2004).
Однако данная структура и способ ее получения нетехнологичны, причем формирование и нанесение посредника - с-ВР - не только усложняют технологию, но и могут приводить к загрязнению целевого продукта атомами фосфора и бора.
Известна также полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si, содержащая подложку из монокристаллического, поликристаллического или аморфного кремния, на поверхности которой сформирован слой карбида кремния высокотемпературным химическим осаждением в реакционной камере магнетрона высокочастотного (от 10 МГц до 10 ГГц) напряжения из плазмы высокого давления с использованием реакционной смеси водорода и углеродсодержащего газа (WO/2007/055377, H01L 21/205, С30В 29/36, 2007).
Однако способ получения целевого продукта здесь является сложным из-за необходимости создания высокочастотного разряда для образования плазмы высокого давления. Кроме того, слой SiC в целевом продукте имеет незначительную и нерегулируемую толщину, поскольку в плазме присутствует лишь углеродсодержащий компонент. В этом случае после нанесения на подложку сплошного слоя SiC процесс диффузии атомов кремния из подложки прекращается, в связи с чем дальнейшее нанесение SiC невозможно из-за отсутствия источника атомов кремния.
В уровень техники входит также полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si, содержащая подложку из монокристаллического кремния с ориентацией (110), на которую нанесена монокристаллическая пленка 3С-SiC ориентации (111) через посредник - слой SiC, включающий атомы водорода в концентрации ≥1019 atoms/cm3. Такую структуру получают низкотемпературным осаждением из газовой фазы кремнийорганического соединения на поверхность подложки из монокристаллического кремния с ориентацией (110) слоя карбида кремния, включающего атомы водорода в концентрации ≥1019 atoms/cm3, а затем слоя 3С-SiC ориентации (111) (JP 2006253617, H01L 21/205, H01L 21/20, H01L 21/02, 2006).
Однако в целевом продукте, полученном данным способом, невозможно регулировать технические характеристики (кристаллическую структуру, подвижность носителей зарядов и др.) из-за неуправляемости соотношением атомов Si и С в газовой фазе используемого кремнийорганического соединения на стадии низкотемпературного осаждения.
Еще одна группа аналогов касается получения полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si, содержащей подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (111), на которую нанесен слой карбида кремния. Целевой продукт здесь получают синтезом пленки карбида кремния на поверхности кремниевой подложки под нагревом с использованием углерода, осаждаемого из углеродсодержащего материала сначала при условиях, не обеспечивающих образования карбида кремния, а затем при условиях, обеспечивающих синтез карбида кремния (RU 2286617, H01L 21/205, 2006; RU 2286616, H01L 21/205, 2006).
Однако слой SiC, получаемый в данном способе, имеет незначительную толщину (как указано в источниках информации, толщина слоя SiC составляет до 1 мкм, хотя, по нашим данным, на равна 0,2 мкм). Это приводит к сужению области использования целевого продукта, например, невозможности его использования в СВЧ системах, требующих не менее 10 мкм. Увеличить толщину слоя SiC в данной технологии невозможно из-за формирующегося сплошного слоя SiC, препятствующего диффузии атомов Si из подложки, при этом дальнейшее нанесение SiC невозможно из-за отсутствия источника атомов кремния. Кроме того, недостаток данного аналога заключается в поликристаллической структуре нанесенной пленки SiC, как это проиллюстрировано в его описании.
Из приведенного обзора аналогов видно, что технические характеристики целевого продукта зависят от способа его получения. Это относится также и к прототипу целевого продукта.
Наиболее близкой к заявляемой является полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si, содержащая последовательно расположенные подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), слой нано-пористого кремния толщиной от 0,3 до 100 мкм, сформированный с помощью химического или электрохимического травления подложки, и слой карбида кремния. Такую структуру получают формированием слоя нано-пористого кремния на поверхности подложки из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100) химическим травлением подложки реакционной смесью, содержащей водный раствор HF с добавлением окислителя - НNО3, с последующей карбидизацией нанопористого слоя и химическим осаждением слоя 3С-SiC из газовой фазы, включающей SiH4, C3H8 и H2 (JP 2006045036, С30В 29/36, С30В 29/38, H01L 21/205, С23С 16/24, С30В 29/10, H01L 21/02, С23С 16/22, 2006).
Однако слой карбида кремния в подавляющем большинстве прототипных образцов обладает низким структурным совершенством: он является, как правило, поликристаллическим, текстурированным или блочным, что имеет следствием ухудшение его электрофизических характеристик (низкие значения обратного пробивного напряжения и подвижности носителей зарядов в целевом продукте).
Технической задачей группы изобретений, касающихся полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si и способа ее получения, является повышение обратного пробивного напряжения и подвижности носителей зарядов в целевом продукте за счет повышения надежности получения структурно совершенного слоя карбида кремния.
Решение указанной технической задачи в части структуры заключается в том, что в полупроводниковой сэндвич-структуре 3С-SiC/Si, содержащей последовательно расположенные подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), слой нанопористого кремния, сформированный с помощью химического травления подложки, и слой карбида кремния, слой нанопористого кремния сформирован толщиной 50-180 нм, при этом слой карбида кремния нанесен с замещением водорода на углерод в поверхностных связях Si-H слоя пористого кремния.
Решение указанной технической задачи в части способа заключается в том, что в способ получения полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si, предусматривающий формирование слоя нанопористого кремния на поверхности подложки из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100) путем химического травления подложки реакционной смесью, содержащей водный раствор HF, с последующей карбидизацией нанопористого слоя и химическим осаждением слоя 3C-S1C из газовой фазы, включающей SiH4, С3Н8 и H2, вносятся следующие изменения:
1) слой пористого кремния формируют толщиной 50-180 нм;
2) реакционная смесь, используемая на стадии химического травления подложки, дополнительно содержит NaNO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| HF | 20÷49; |
| NaNO2 | 0,02÷0,30; |
| деионизованная вода | остальное; |
3) соотношение компонентов газовой фазы, используемой для химического осаждения слоя 3С-SiC составляет, объем.%:
| SiH4 | 0,6-1,0; |
| С3Н8 | 0,8-1,2; |
| Н2 | остальное. |
Причинно-следственная связь между внесенными изменениями и достигнутым техническим результатом заключается в следующем. Замена окислителя (NaNO2 вместо HNO3) в составе реакционной смеси позволяет проводить более «мягкое» травление подложки, что важно для контроля процесса порообразования, а также обеспечения возможности пассивации водородом оборванных кремниевых связей. Новое соотношение ростообразующих компонентов в газовой фазе, используемой для химического осаждения слоя 3С-SiC, позволяет значительно улучшить структуру данного слоя и обеспечить скорость его роста до 30 нм/мин. Другие отличия - гидрогенизация поверхности нанопористого слоя и уменьшение его толщины до 50-180 нм - обеспечивают понижение плотности центров кристаллизации, что имеет следствием улучшение электрофизических характеристик целевого продукта, а именно, повышение обратного пробивного напряжения гетероструктуры и увеличение подвижности основных носителей заряда в слое.
В отношении преимущественной области использования предлагаемой полупроводниковой структуры - для изготовления чувствительного элемента мембранного типа в микромеханических приборах - уровень техники характеризуется следующими аналогами:
1. Чувствительный элемент мембранного типа, содержащий подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), мембрану, изготовленную из нитрида кремния и расположенную над отверстием, выполненным в подложке для образования мембранной камеры, и оптический узел съема информативного сигнала, в качестве которого установлен интерферометр, регистрирующий величину прогиба мембраны под действием приложенного давления (D.Maier-Schneider, J.Maibach, E. Obermeier. Computeraided characterization of the elastic properties of thin films // Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol.2, 1992, p.173-175).
Такой элемент обладает низкой чувствительностью к давлению.
2. Чувствительный элемент мембранного типа, содержащий подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), двухслойную мембрану, включающую слой нитрида кремния и компенсирующий слой нитрида алюминия, расположенную над отверстием, выполненным в подложке для образования подмембранной камеры, и узел съема информативного сигнала (RU 2327252, H01L 29/84, 2008).
Его недостатками являются низкая химическая стойкость слоя нитрида алюминия, что усложняет, в частности, технологию изготовления целевого изделия.
3. Чувствительный элемент мембранного типа, содержащий подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), двухслойную мембрану, первый слой которой сформирован из нитрида кремния, а второй (компенсирующий) слой - из карбида кремния. Мембрана расположена над отверстием, выполненным в подложке для образования подмембранной камеры. Целевое изделие оснащено тензометрическим или оптическим узлом съема информативного сигнала для подключения к внешней электрической цепи. Здесь компенсирующий SiC-слой мембраны уменьшает ее начальное внутреннее напряжение, что имеет следствием повышение чувствительности целевого изделия. Данный эффект наблюдается в диапазоне толщин SiC- и Si3N4-пленок, обеспечивающих функционирование нанесенной композиции SiC/Si3N4 как мембраны (RU 2247443, H01L 29/84, 2005 - прототип мембраны).
Однако слой Si3N4 мембраны обладает высокими механическими напряжениями, что имеет следствием низкую чувствительность целевого изделия к давлению. Данное изделие является сложным в отношении конструкции и изготовления из-за наличия слоев из разных материалов. Кроме того, оно не обладает универсальностью применения, поскольку является пассивным, в связи с чем не может использоваться для преобразования внешнего электрического сигнала в перемещение, например, в микроактюаторах и, особенно, в комбинированных технических системах, в которых мембрана попеременно выполняет измерительную и исполнительную функцию.
Технической задачей усовершенствования чувствительного элемента мембранного типа является повышение его чувствительности к давлению и упрощение конструкции.
Для решения этой технической задачи в конструкцию чувствительного элемента мембранного типа, содержащего подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), на рабочей поверхности которой последовательно сформированы компенсирующий слой и слой карбида кремния, а с тыльной стороны подложки выполнено глухое отверстие для образования мембранной камеры, и узел съема информативного сигнала, вносятся следующие изменения:
1) компенсирующий слой сформирован толщиной 50÷180 нм из нанопористого кремния химическим травлением рабочей поверхности подложки;
2) толщина слоя карбида кремния составляет 0,4÷0,6 мкм.
Такой чувствительный элемент, очевидно, может быть изготовлен с использованием предлагаемой полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si, где толщина слоя карбида кремния составляет 0,4÷0,6 мкм. Для этого с тыльной стороны подложки выполняют глухое отверстие для образования мембранной камеры и оснащают мембранный элемент узлом съема информативного сигнала, например, оптоволоконным интерферометром Фабри-Перро. Возможно выполнение узла съема информативного сигнала (либо узла управления) с использованием тензорезистивных свойств выполненного слоя карбида кремния.
Упрощение конструкции чувствительного элемента достигнуто тем, что слои мембраны выполнены из одного материала - карбида кремния различной модификации, а повышение чувствительности целевого изделия к давлению обеспечено структурным совершенством выращенного монокристаллического слоя карбида кремния, поскольку монокристаллический слой обладает минимальными остаточными механическими напряжениями.
На фиг.1 представлена схема полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si; на фиг.2 приведена схема диода на основе данной полупроводниковой структуры; на фиг.3 даны схемы вариантов мембранного узла микромеханического прибора, изготовленных с использованием данной полупроводниковой структуры; на фиг.4 приведена схема чувствительного элемента мембранного типа, изготовленного с использованием данной полупроводниковой структуры. В табл.1 приведены технические характеристики полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si; в табл.2 приведены структурные и электрофизические характеристики полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si при различном соотношении режимных параметров ее получения;
в табл.3 приведены сравнительные характеристики предлагаемого и прототипного чувствительных элементов мембранного типа.
Полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si (фиг.1) содержит последовательно расположенные подложку 1, выполненную из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), слой нанопористого кремния 2 толщиной 50-180 нм, сформированный с помощью химического травления подложки, и слой карбида кремния 3, нанесенный с замещением водорода на углерод в поверхностных связях Si-H слоя пористого кремния. В случае использования данной полупроводниковой сэндвич-структуры в качестве диода на ее верхнюю и нижнюю поверхности нанесены металлизированные покрытия 4 и 5 соответственно, служащие для подключения целевого изделия к внешней электрической цепи (фиг.2). При этом выпрямляющие свойства структуры обеспечиваются различным уровнем легирования и различной электропроводностью слоев 3С-SiC и Si.
В оптимальном варианте полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si может быть получена следующим образом. На поверхности подложки из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100) толщиной 400 мкм формируют слой нанопористого кремния толщиной 150 нм химическим травлением подложки реакционной смесью, содержащей водный раствор HF и NaNO2 при следующем соотношении ингредиентов:
| HF | 30; |
| NaNO2 | 0,15; |
| деионизованная вода | остальное. |
Данную операцию проводят в течение 15 мин при температуре 40°С.
Далее проводят карбидизацию слоя нанопористого кремния путем замещения водорода на углерод в поверхностных связях Si-H слоя пористого кремния термообработкой в пропано-водородной смеси (содержание пропана 0,1 объем. %) при температуре 1300°С в течение 3 мин.
Затем производят химическое осаждение монокристаллического слоя 3С-SiC толщиной 0,6 мкм из газовой фазы, включающей SiH4, С3Н8 и Н2 при следующем соотношении компонентов, объем.%:
| SiH4 | 0,8; |
| С3Н4 | 1,0; |
Н2 - остальное.
Операцию ведут в течение 40 мин при температуре 1350°С.
Полученный целевой продукт имеет следующие электрофизические характеристики: концентрация носителей заряда 7,8·1017 см-3, обратное пробивное напряжение 210 В; подвижность основных носителей зарядов 280 см2В·с.
По результатам испытания образцов предлагаемой полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si с толщиной слоя нанопористого кремния 50÷180 нм и толщиной слоя 3С-SiC в диапазоне 0,2÷0,8 мкм при средних значениях концентраций компонентов на стадиях химического травления подложки (HF 35 мас.%; NaNO2 0,15 мас.%) и химического осаждения слоя 3С-SiC (SiH4 0,8 объем.%; С3Н8 1,0 объем.%) все предлагаемые образцы имеют монокристаллическую структуру слоя SiC при следующих значениях электрофизических характеристик: концентрация носителей заряда 7,8·1017÷2,9·1018см-3; обратное пробивное напряжение 107÷210 В; подвижность основных носителей зарядов 115÷280 см2/В·с. В то же время 83,4% прототипных изделий обладают блочной структурой слоя SiC при следующих значениях электрофизических характеристик: обратное пробивное напряжение 55÷78 В; подвижность основных носителей зарядов 74÷108 см2/В·с (табл.1).
По результатам испытания образцов предлагаемой полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si с толщиной слоя нанопористого кремния 100 им и толщиной слоя 3С-SiC, равной 0,5 мкм, в диапазонах значений концентраций компонентов на стадиях химического травления подложки: HF 20÷49 мас.%; NaNO2 0,02÷0,30 мас.% и химического осаждения слоя 3С-SiC: SiH4 0,6÷1,0 объем. %; С3Н8 0,8÷1,2 объем.% все предлагаемые образцы имеют монокристаллическую структуру слоя SiC при следующих значениях электрофизических характеристик: концентрация носителей заряда 7,8·1017÷2,9·1018 см-3; обратное пробивное напряжение 125÷210 В; подвижность основных носителей зарядов 175÷280 см2/В·с. В то же время 83,4% прототипных изделий обладают блочной структурой слоя SiC при следующих значениях электрофизических характеристик: обратное пробивное напряжение 55÷78 В; подвижность основных носителей зарядов 74÷108 см2/В·с. При этом скорость химического травления подложки для образования слоя пористого кремния в предлагаемом способе составляет 6÷24 нм/мин, а скорость химического осаждения слоя 3С-SiC составляет 23÷30 нм/мин, что в 2÷24 раза выше, чем в прототипе (табл.2).
Чувствительный элемент мембранного типа (фиг.3), изготовленный с использованием предлагаемой полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si, содержит подложку 1, выполненную из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), на рабочей поверхности которой последовательно сформированы компенсирующий слой 2 толщиной 50÷180 нм, выполненный из нанопористого кремния химическим травлением рабочей поверхности подложки, и слой 3 карбида кремния толщиной 0,4÷0,6 мкм. С тыльной стороны подложки 1 выполнено глухое отверстие 6 для образования мембранной камеры. В вариантах данной конструкции мембрана может быть выполнена трехслойной (фиг.3а), содержащей слои 2, 3 и кремниевое основание 7 мембраны, образовавшееся в результате неполного травления тыльной стороны подложки 1, или однослойной (фиг.3б) - только из слоя 3 (при полном травлении подложки, включая слой 2 нанопористого кремния). Чувствительный элемент оснащен узлом съема информативного сигнала. В варианте фиг.4 в качестве узла съема информативного сигнала установлен торцевой волоконно-оптический интерферометр 8 Фабри-Перро, включающий оптическое волокно 9, лазерный диод 11, фотоприемник 12 и волоконно-оптический ответвитель 10, установленный с возможностью регистрации величины прогиба мембраны под действием приложенного к ней давления Р.
При подаче давления на мембрану происходит ее прогиб, который регистрируется интерферометром 8.
Чувствительный элемент мембранного типа может быть изготовлен химическим анизотропным травлением на тыльной стороне подложки 1 полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si (фиг.1) с толщиной слоя карбида кремния, равной 0,4÷0,6 мкм, глухого отверстия с помощью 33 мас.% раствора КОН при 85°С. Далее первичный преобразователь оснащают узлом съема информативного сигнала.
Изготовленные таким образом чувствительные элементы мембранного типа в варианте фиг.3б имеют следующие технические характеристики (табл.3): остаточное механическое напряжение 0,008÷0,028 ГПа; чувствительность 13÷16 нм/Па против 0,1÷0,3 ГПа и 1,5÷3,5 нм/Па в прототипном устройстве соответственно. Наиболее высокие значения чувствительности и минимальные значения остаточного механического напряжения наблюдаются по мере уменьшения толщины слоя SiC, однако при толщине этого слоя 0,2 мкм и менее образцы разрушаются в процессе вытравливания подмембранной камеры. При верхнем запредельном значении толщины слоя SiC, равном 1 мкм, чувствительность целевого изделия снижается на порядок.
Таким образом, при использовании группы заявленных изобретений по сравнению с их аналогами достигаются следующие технические результаты:
- повышение обратного пробивного напряжения (125÷210 В) и подвижности носителей зарядов (175÷280 см2/В·с) в полупроводниковой сэндвич-структуре 3С-SiC за счет повышения надежности получения структурно совершенного слоя карбида кремния, что проиллюстрировано в табл.1 и 2;
- повышение на порядок чувствительности к давлению мембраны, выполненной с использованием предлагаемой полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC, что проиллюстрировано в табл.3;
- упрощение конструкции и технологии изготовления чувствительного элемента мембранного типа, выполненного на основе предлагаемой полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC, что подтверждается возможностью однослойного выполнения мембраны, а также наличием только одной основной операции (вытравливания подмембранной камеры) в технологическом процессе ее изготовления.
| Таблица 1 | |||||||
| Структурные и электрофизические характеристики полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si | |||||||
| № пп | Толщина слоев сэндвич-структуры 3С-SiC/Si | Способ нанесения слоя SiC | Структура слоя SiC | Обратное пробивное напряжение гетеро-структуры, В | Подвижность основных носителей заряда в слое см2/В·с | ||
| Si (100), мкм | нанопористый Si, нм | SiC, мкм | |||||
| 1. | 300 | 1000 | 5,0 | Варианты согласно JP 2006045036 | блочная (83,4% образцов), монокристаллическая (16,6% образцов) | 55 | 81 |
| 2. | 300 | 1000 | 5,0 | 78 | 108 | ||
| 3. | 300 | 1000 | 5,0 | 61 | 74 | ||
| 4. | 400 | 40 | 0,2 | Предлагаемый (выделен) и контроли при запредельных значениях толщин слоев | блочная | 90±11 | 95±6 |
| 5. | 400 | 50 | 0,2 | монокристаллическая | 107±9 | 115±5 | |
| 6. | 400 | 70 | 0,4 | монокристаллическая | 130±14 | 145±7 | |
| 7. | 400 | 100 | 0,5 | монокристаллическая | 170±12 | 150±7 | |
| 8. | 400 | 150 | 0,6 | монокристаллическая | 210±11 | 280±9 | |
| 9. | 400 | 180 | 0,8 | монокристаллическая | 180±16 | 160±8 | |
| 10. | 400 | 200 | 0,8 | текстурированная | 140±14 | 150±6 | |
| 11. | 400 | 250 | 0,8 | поликристаллическая | 105±12 | 135±5 |
| Таблица 2 | |||||||||||
| Структурные и электрофизические характеристики полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si при различном соотношении режимных параметров операций химического травления подложки и химического осаждения слоя 3С-SiC (варианты 3÷5 - заявленный способ; варианты 1, 2, 6, 7 - запредельные режимы) | |||||||||||
| № пп | Содержание компонентов раствора для химического травления подложки, мас.% | Содержание компонентов газовой фазы при химическом осаждении 3С-SiC, объем.% | Структура слоя SiC (M - монокристаллическая; Б - блочная; Т - текстурированная) | Обратное пробивное напряжение гетерострутуры, В | Подвижность основных носителей заряда в слое, см2/В·с | Скорость химического травления подложки, нм/мин | Скорость химического осаждения 3С-SiC, нм/мин | ||||
| HF | NaNO2 | H2O | SiH4 | С3Н8 | Н2 | ||||||
| 1. | 15 | 0,01 | 84,99 | 0,8 | 1,0 | 98,2 | Б | 80±13 | 125±6 | 1±0,2 | 25+6 |
| 2. | 35 | 0,15 | 64,85 | 0,5 | 0,7 | 98,8 | Т | 75±15 | 85±12 | 3±0,5 | 21±8 |
| 3. | 20 | 0,02 | 79,98 | 0,6 | 0,8 | 98,6 | M | 140±8 | 205±10 | 6±1 | 23±5 |
| 4. | 35 | 0,15 | 64,85 | 0,8 | 1,0 | 98,2 | М | 210±11 | 280±9 | 9±2 | 25±4 |
| 5. | 49 | 0,30 | 50,70 | 1,0 | 1,2 | 97,8 | М (83%), Б (17%) | 125±9 | 175±12 | 24±2 | 30±3 |
| 6. | 49 | 0,40 | 50,60 | 0,8 | 1,0 | 98,2 | В | 105±14 | 130±12 | 31±7 | 25±6 |
| 7. | 35 | 0,15 | 64,85 | 1,2 | 1,5 | 97,3 | Т | 95±12 | 115±16 | 5±1 | 39±8 |
| Таблица 3 | |||||
| Сравнительные технические характеристики предлагаемого и прототипного чувствительных элементов мембранного типа | |||||
| № пп | Чувствительный элемент | Толщина слоев мембраны, мкм | Значения технических характеристик | ||
| SiC | Si3N4 | остаточное напряжение, ГПа | чувствительность, нм/Па | ||
| 1. | Прототипный | 0,13 | 0,25 | 0,30±0,01 | 1,53±0,05 |
| 2. | 0,21 | 0,25 | 0,11±0,01 | 3,45±0,05 | |
| 3. | Предлагаемый (фиг.3-б) | 0,20 | - | Образцы разрушаются при травлении подмембранной камеры | |
| 4. | 0,4 | - | 0,008±0,001 | 16,0±2,0 | |
| 5. | 0,5 | - | 0,016±0,002 | 14,5±1,2 | |
| 6. | 0,6 | - | 0,028±0,002 | 13,0±0,5 | |
| 7. | 1,0 | - | 0,133±0,003 | 1,3±0,2 | |
| 8. | Предлагаемый (фиг.3-а) | 0,5 | - | 0,055±0,002 | 7,6±1,8 |
1. Полупроводниковая сэндвич-структура 3С-SiC/Si, содержащая последовательно расположенные подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), слой нанопористого кремния, сформированный с помощью химического травления подложки, и слой карбида кремния, отличающаяся тем, что слой нанопористого кремния сформирован толщиной 50-180 нм, при этом слой карбида кремния нанесен с замещением водорода на углерод в поверхностных связях Si-H слоя пористого кремния.
2. Способ получения полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si, предусматривающий формирование слоя нанопористого кремния на поверхности подложки из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100) путем химического травления подложки реакционной смесью, содержащей водный раствор HF, с последующей карбидизацией нанопористого слоя и химическим осаждением слоя 3С-SiC из газовой фазы, включающей SiH4, C3H8 и Н2, отличающийся тем, что слой пористого кремния формируют толщиной 50-180 нм, при этом используемая для химического травления реакционная смесь дополнительно содержит NaNO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
HF 20÷49
NaNO2 0,02÷0,30
деионизованная вода остальное
карбидизацию слоя нанопористого кремния проводят замещением водорода на углерод в поверхностных связях Si-H слоя пористого кремния, а соотношение компонентов газовой фазы, используемой для химического осаждения слоя 3С-SiC, составляет, об.%:
SiH4 0,6-1,0
С3Н8 0,8-1,2
Н2 остальное
3. Чувствительный элемент мембранного типа с использованием полупроводниковой сэндвич-структуры 3С-SiC/Si по п.1 формулы, содержащий подложку из монокристаллического кремния с базовой ориентацией (100), на рабочей поверхности которой последовательно сформированы компенсирующий слой и слой карбида кремния, а с тыльной стороны подложки выполнено глухое отверстие для образования мембранной камеры и узел съема информативного сигнала, отличающийся тем, что компенсирующий слой сформирован толщиной 50-180 нм из нанопористого кремния, полученного химическим травлением рабочей поверхности подложки и последующей карбидизацией с замещением водорода на углерод в поверхностных связях Si-H слоя пористого кремния, а толщина слоя карбида кремния составляет 0,4-0,6 мкм.
