在三极管等离子CVD制造的Sicoi结构压阻传感器中的应用gydF4y2Ba

Kanji Yasui，Ryuichi Tsuruma，Masasuke Takata和Tadashi AkahanegydF4y2Ba

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Azojomo（ISSN 1833-122X）第2卷gydF4y2Ba2006年11月gydF4y2Ba

主题涵盖gydF4y2Ba

抽象的gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

实验程序gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

参考文献gydF4y2Ba

详细联系方式gydF4y2Ba

AbstragydF4y2BactgydF4y2Ba

为了制备一种适用于压力传感器的sic -on-绝缘体(SiCOI)结构，在热氧化硅(SiO)上生长立方碳化硅(3C-SiC)晶体薄膜gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba通过三极等离子体化学气相沉积(CVD)，利用氢自由基生成的HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba等离子体和一甲基硅烷(MMS)进行了研究。研究了生长的3C-SiC薄膜的压阻性能。在负栅偏压条件下，在衬底温度600下生长(110)取向晶体薄膜gydF4y2Ba°gydF4y2BaC.从生长在SiO上的SiC(110)取向薄膜的电阻变化gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba层，仪表因子估计为约-2.2。gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

pgydF4y2Baiezolesistive.gydF4y2BapgydF4y2Baroperty,gydF4y2Ba年代gydF4y2BaIleicon.gydF4y2BacgydF4y2Baarbide,gydF4y2BatgydF4y2Ba莫属gydF4y2BapgydF4y2Ba拉斯玛cvd，gydF4y2Ba米gydF4y2Baonomethylsilane,gydF4y2BaggydF4y2Ba奥格gydF4y2BafgydF4y2Ba演员gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

立方碳化硅(3C-SiC)由于其优异的化学惰性、热稳定性和高饱和电子漂移速度等特性，在高温和高功率领域具有重要的应用价值。它的高刚度、高机械强度和极高的化学惰性也使其适合于压力传感器等电子设备的开发，以及在高温下的化学和物理恶劣环境中作为微机电系统(MEMS)使用[1,2]。在压力传感器和MEMS的某些应用中，要求在绝缘体(如SiO)上沉积SiC薄膜gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba，即所谓的绝缘体上的sic (SiCOI)结构，因为有源层必须与衬底电隔离。gydF4y2Ba

已经报道了几种制备SiCOI结构的方法，即:1)在绝缘体上si (SOI)衬底上生长立方SiC (3C-SiC)[3,4]， 2)离子注入和晶片键合[5]，3)在绝缘体上直接生长3C-SiC[6,7]。在这些方法中，直接在绝缘体上生长3C-SiC是最理想的方法，因为它是最简单的，并且具有良好的成本性能。在压力传感器上应用SiC薄膜时，需要(100)或(110)取向的晶体薄膜，因为它们的测量因子较大。在外延的n-SiC薄膜中，在<100>方向施加拉应力可获得较大的测量因子[8]，在<110>方向施加拉应力可获得较大的测量因子[8]。这些依赖关系源于导带结构。然而，当SiC生长在绝缘体上时，如SiOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba或如果gydF4y2Ba_3.gydF4y2BaNgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba通过低压CVD（LPCVD）和溅射，形成多晶膜[6,7]。gydF4y2Ba

迄今为止，我们研究了三相血浆CVD [9]研究了3C-SiC对Si底物的外延生长，其利用高密度氢自由基在低温下进行膜生长。通过使用单甲基硅烷（MMS）作为源气体的三极管等离子体CVD，在900℃以上达到3C-SiC的杂动物生长gydF4y2Ba°gydF4y2BaC [9]。从结果中，认为高密度氢自由基与MMS的前体的反应大大提高了晶体生长即使在低温下。如果高质量（100）或（110）导向的SIC薄膜直接在SIO上生长gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在美国，SiC压力传感器可以用一种简单的方法制作。gydF4y2Ba

在本研究中，我们研究了SiC晶体在SiO上的生长gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba以MMS和二甲基硅烷(DMS)为源气体，通过三极管等离子体CVD制备SiCOI结构，并评价了SiC薄膜的压阻性能。gydF4y2Ba

实验程序gydF4y2Ba

图1显示了用于SiC生长的三极管等离子体CVD装置的原理图。该三极管等离子体CVD系统有一个钢丝网电极(网格，直径= 135mm)之间gydF4y2Ba阴极（直径= 85mm）和常规二极管型RF等离子体CVD室的阳极（直径= 100mm）。阴极被接地圆柱形不锈钢壁（直径135mm）围绕。网格（线径0.3毫米，线间距1.3毫米）连接到接地墙壁。通过在网格上施加各种直流偏差（100〜-100 V），我们试图控制带电粒子在基板表面上的冲击。yabo214在栅格和阳极之间的余辉区中的低电子温度（<1eV）被发现使用双探针方法在负偏置（-50〜-100V）下获得，如图2所示。gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba三极管等离子体CVD装置原理图。gydF4y2Ba

图2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba用双探针测量余辉区电子温度和电子密度的变化。gydF4y2Ba

衬底被放置在电浮阳极上。底压低于6.7gydF4y2BaxgydF4y2Ba10gydF4y2Ba^{－5gydF4y2Ba}用涡轮分子泵和机械旋转泵抽真空。Si(100)基板在干燥氧气气氛中于1000℃热氧化gydF4y2Ba在电炉中放置6小时。硅溶胶的厚度gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba层长约200 ~ 300 nm。gydF4y2Ba

实验条件如下：阴极和栅格20mm之间的距离，电网和衬底之间的距离20 mm，hgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba流速200 SCCM，MMS和DMS气体（TRI CHEM。实验室。INC.，99.9999％）压力在薄膜生长期间的压力1.3gydF4y2BaxgydF4y2Ba10gydF4y2Ba^{－2gydF4y2Ba}Pa，给气比HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/(MMS或DMS) = 85，基材温度500-700gydF4y2Ba°gydF4y2BaC，探针测量期间的总气体压力和薄膜生长133Pa，RF功率100W。在没有MMS的探针测量期间通过RF（13.56MHz）放电产生氢等离子体。gydF4y2Ba

SiC的生长过程如下。排出生长室10以下后gydF4y2Ba^{－4gydF4y2Ba}Pa，基板温度提高到300gydF4y2Ba°CgydF4y2Ba，由碳加热器低于源气体的分解温度。供应hgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和MMS(或DMS)，衬底温度从300迅速提高gydF4y2Ba°gydF4y2BaC至生长温度，导致薄膜生长。同时，将RF功率供应到阴极，并将负直流偏置添加到网格中。使用X射线衍射仪（Rigaku，Radiiia; DS 1/2）测量SiC膜的结晶度和Si-C键合环境。gydF4y2Ba˚gydF4y2Ba， RS 0.15mm, SS 1/2gydF4y2Ba˚gydF4y2Ba)及红外线分光光度计(日立260-10型)。gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

数字gydF4y2Ba3为SiO的红外(IR)透射光谱gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/Si衬底在600℃时SiC生长前后gydF4y2Ba˚gydF4y2BaC为3小时。SiC生长后基体的光谱在795cm处出现一个明显的吸收峰gydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba}，表明了化学计量SiC晶体[10]的横向光学(TO)声子。Si-O键的吸光度在薄膜生长后几乎没有变化。在三极等离子体化学气相沉积SiC生长过程中，尽管有高密度的氢自由基提供，但硅基表面的氧化层几乎没有蚀刻出来。gydF4y2Ba

图3gydF4y2Ba．gydF4y2BaSiO的FTIR光谱gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/Si衬底在SiC生长前后。gydF4y2Ba

图4为在SiO上生长的SiC薄膜的x射线衍射谱图gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在600层gydF4y2Ba°C使用MMS和DMSgydF4y2Ba．由图可知，MMS法制备SiC薄膜的光谱中出现了SiC(220)衍射峰，DMS法制备SiC薄膜的光谱中出现了SiC(111)衍射峰。从这些光谱中发现，SiC薄膜生长在SiO表面gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba使用MMS的层是指向<110>方向。这种(110)取向SiC薄膜有望具有一定的规范因子。因此，采用电桥电路对(110)取向SiC薄膜的压阻性能进行了评价。gydF4y2Ba

图4:gydF4y2Ba在SiO上生长的SiC薄膜的x射线衍射谱gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/ SI基板gydF4y2Ba使用MMS和DMS作为源气体。gydF4y2Ba

图5显示了gydF4y2Ba评估(110)取向SiC薄膜规格因数的桥式电路原理图。RgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}，R.gydF4y2Ba_BgydF4y2Ba和RgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba是标准的金属膜电阻器。RgydF4y2Ba_xgydF4y2Ba是sic样本。为了获得电阻的精确变化，R的值gydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}，R.gydF4y2Ba_BgydF4y2Ba和RgydF4y2Ba_CgydF4y2Ba与SiC试样近似。在拉伸应变下，SiC薄膜的电阻由RgydF4y2Ba_xgydF4y2BaRgydF4y2Ba_xgydF4y2Ba+gydF4y2BaΔgydF4y2BaR时，输出电压发生变化。由输出电压的变化可得电阻的变化，由下式可得。gydF4y2Ba

（1)gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaVgydF4y2Ba_{出去gydF4y2Ba}(0)为零应变下的输出电压，gydF4y2BaVgydF4y2Ba_{出去gydF4y2Ba}（σ）gydF4y2Ba是在张力下吗gydF4y2BaσgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

根据定义，可以得到规范因子。gydF4y2Ba

（2）gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaεgydF4y2Ba_{最大限度gydF4y2Ba}是否适用于样品。如果gydF4y2BaΔgydF4y2BaR是阳性的，仪表因子变为阳性。gydF4y2Ba

图5。gydF4y2Ba桥接电路的示意图，用于评估（110）呈菌株的量子膜的量因子。gydF4y2Ba

图6示出了（a）桥电路的输出电压的变化和（b）在力下的SiC膜的电阻。菌株gydF4y2BaεgydF4y2Ba_{最大限度gydF4y2Ba}由考虑样本大小和测量条件的力转换而来。在2.9 n的拉力作用下，电阻下降了0.068%。根据样品电阻的变化，测量系数为-2.2。虽然这一数值与碳化硅外延膜[8]相比略小，但通过优化生长条件可以改善其压阻性能。gydF4y2Ba

图6gydF4y2Ba．gydF4y2Ba（a）桥电路的输出电压的变化和（b）拉伸应变下的（110）定向SiC膜的电阻。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

为了制备一种适用于压力传感器的SiCOI结构，在SiO上生长了3C-SiC晶体薄膜gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba利用氢自由基和MMS对三极等离子体CVD /Si衬底进行了研究。在负栅偏压条件下，在600℃的低温下生长了(110)取向晶体薄膜gydF4y2Ba°CgydF4y2Ba．从SiC(110)取向薄膜在SiO上生长时电阻的变化gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba层，仪表因子估计为约-2.2。gydF4y2Ba

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康井Kanji *，鹤间龙一，高田正助，赤羽正志gydF4y2Ba

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这篇论文也发表在《科技进步》上gydF4y2Ba亚博网站下载材料与材料加工学报，8[2](2006)gydF4y2Ba256 - 259gydF4y2Ba”。gydF4y2Ba