RU2395867C2

RU2395867C2 - ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ СЭНДВИЧ-СТРУКТУРА 3С-SiC/Si, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ МЕМБРАННОГО ТИПА С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

Info

Publication number: RU2395867C2
Application number: RU2008139737/28A
Authority: RU
Inventors: Антон Викторович Матузов (RU); Антон Викторович Матузов; Алексей Валентинович Афанасьев (RU); Алексей Валентинович Афанасьев; Владимир Алексеевич Ильин (RU); Владимир Алексеевич Ильин; Александра Николаевна Кривошеева (RU); Александра Николаевна Кривошеева; Борис Борисович Логинов (RU); Борис Борисович Логинов; Виктор Викторович Лучинин (RU); Виктор Викторович Лучинин; Александр Сергеевич Петров (RU); Александр Сергеевич Петров
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-07-27
Also published as: RU2008139737A

Abstract

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.

Description

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
№ пп	Si (100), мкм	нанопористый Si, нм	SiC, мкм	Способ нанесения слоя SiC	Структура слоя SiC	Обратное пробивное напряжение гетеро-структуры, В	Подвижность основных носителей заряда в слое см²/В·с
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
№ пп	HF	NaNO₂	H₂O	SiH₄	С₃Н₈	Н₂		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
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
№ пп	Чувствительный элемент	SiC	Si₃N₄	остаточное напряжение, ГПа	чувствительность, нм/Па
1.	Прототипный	0,13	0,25	0,30±0,01	1,53±0,05
2.	Прототипный	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

Claims

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.