Tổng quan về vật liệu SiC và SiCxốp
1.2.2.Giới thiệu chung về vật liệu SiCxốp
Như đã biết, vật liệu PSiC với rất nhiều các đặc tính ưu việt có khả năng ứng dụng rất lớn trong việc chế các linh kiện điện tử làm việc trong các môi trường khắc nghiệt. Do đó, từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước cho tới nay vật liệu SiC xốp được quan tâm nghiên cứu khá nhiều bởi nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau trên thế giới [9, 47, 48, 110, 133, 139, 146, 164, 169, 182, 157]. Đối với vật liệu SiC xốp phương pháp chủ yếu được dùng để chế tạo là phương pháp ăn mòn anốt vật liệu SiC không xốp ban đầu. Các nghiên cứu về ăn mòn anốt cSiC đã được bắt đầu bởi Shor và các đồng nghiệp trên vật liệu 3C-SiC loại n với sự trợ giúp của ánh sáng laser có bước sóng 514 nm [146]. Tiếp theo đó các nghiên cứu ăn mòn anốt SiC được tiến hành trên 4H- và 6H-SiC cả loại n và loại p trong điều kiện có hoặc không có sự trợ giúp của ánh sáng. Các kết quả cho thấy có sự hình thành của lớp PSiC sau khi ăn mòn anốt trong dung dịch HF [85, 99, 142, 143]. Cũng trong thời gian này, cơ chế ăn mòn anốt SiC đã được đưa ra và thảo luận bởi Shor [141],
22
Lauermann [88] và Konstantinov [85]. Trong đầu những năm 2000, Zangooie và đồng nghiệp tiếp tục các nghiên cứu về các hình thái khác nhau của lớp PSiC cũng như cơ chế hình thành chúng [180, 181, 182]. Đến giữa những năm 2000, Y. Shishkin và đồng nghiệp đã có các nghiên cứu hệ thống hơn về sự thay đổi hình thái của lớp PSiC theo một số điều kiện chế tạo [137, 138, 139]. Ví dụ như khi tăng mật độ dòng ăn mòn điện hóa thì Shishkin đã thấy sự thay đổi hình thái cấu trúc lớp 4H/6H-SiC xốp loại n theo trình tự từ hình tam giác (triangular), sang hình chữ V (chevron), rồi đến hình cành lá (dendritic), sau đó là hình lượn sóng (sinuous), và cuối cùng là hình cột (columnar). Đồng thời cơ chế hình thành các hình thái này cũng đã được xem xét [138, 139]. Cho tới nay, các nghiên cứu về ăn mòn anốt SiC vẫn đang được tiếp tục để giải quyết các vấn đề còn chưa rõ ràng trong cơ chế ăn mòn cũng như tạo ra các hình thái và tính chất mới cho lớp PSiC [9, 47, 48, 133, 169, 157].
Hình 1.13. Ảnh SEM mặt cắt của mẫu 6H-SiC xốp có hình thái cột xốp được chế tạo bằng phương pháp ăn mòn anốt trong dung dịch HF với mật độ dòng điện 200 mA/cm2
[110].
Hình thái của lớp PSiC được chế tạo bằng phương pháp ăn mòn điện hóa cũng rất đa dạng tương tự như của PSi. Tuy nhiên, khác với Si xốp, cho tới nay, hình thái cột xốp trên SiC đơn tinh thể mới chỉ được tạo ra ở một lớp nằm khá sâu dưới bề mặt lớp xốp, với khoảng cách từ bề mặt tới lớp cột xốp lên tới trên 10 µm [72,110,
23
157, 169]. Trên Hình 1.13 là ảnh SEM của một mẫu PSiC có hình thái cột xốp [110]. Ở đây ta thấy rõ ràng rằng trên lớp SiC cột xốp là một lớp đệm (cap layer), lớp đệm này có thể dày tới hơn chục micromét, ở trên lớp đệm là một lớp da (skin layer) thường có độ xốp rất thấp và có thể dày tới hàng trăm nanomet. Hơn thế nữa, lớp cột xốp là một lớp không đồng đều theo chiều sâu.
Vật liệu ban đầu được dùng để ăn mòn tạo xốp SiC rất đa dạng, đó có thể là các phiến đơn tinh thể SiC [49, 135, 146], màng mỏng tinh thể SiC [75, 78] hoặc các màng mỏng SiC vô định hình [7, 16, 35, 36, 117]. Mỗi loại vật liệu ban đầu đều có những ưu, nhược điểm riêng. Cơ chế ăn mòn SiC cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình ăn mòn SiC sẽ được chúng tôi trình bày chi tiết trong Chương 2.