УДК 621.315.592


Комов А.Н., Чепурнов В.И.,
Тензопреобразователь на основе b-SiC изолирован от подложки
Фридман Т.П., Воловик А.Н.
кремния энергетическим барьером гетероперехода или гомоперехода в

карбиде кремния, коэффициент тензочувствительности зависит от уровня
ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ SIC/SI ДЛЯ ПРИБОРОВ
легирования b-SiC, для концентрации легирующей примеси ~1018
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ МИКРОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ
коэффициент тензочувствительности составляет 14 и 25 соответственно

для структур n-p-SiC/p-Si (100) и n-p-SiC/p-Si (111).
Самарский государственный университет,
Приводятся
материалы
исследований
температурных
и
443011, г. Самара, ул. Ак. Павлова,1, тел.: (8462) 345455,
энергетических
зависимостей
оптических
преобразователей,
fax: (8462)345417, e-mail: komov@ssu.samara.ru
анализируются темновые и световые ВАХ, показано, что Iкз и Uxx в

зависимости от освещенности не выходят на насыщение при 100 кЛк, Iкз
Разработка микросистемных преобразователей физических величин
начинает спадать при 115°С (у кремниевого элемента Iкз снижается в два
связана с созданием микромасштабированных гетероструктур SiC/Si.
раза уже при 60°С), Коэффициент заполнения ВАХ составляет ~0,56.
Технологическим приемом их формирования является диффузионный
В докладе рассмотрены вопросы технологии формирования
метод
локального
образования
новой
фазы
b-SiC заданного
локальных гетеро- и гомопереходов посредством твердофазных реакций
топологического рисунка n- и (или) p-типа проводимости в матраце
химического преобразования матрицы кремния в карбид кремния в
монокристаллической подложки кремния.
эпитаксиальном реакторе. Тип проводимости формирующейся фазы b-SiC
В работе показаны варианты формирования гетероэпитаксиальных
зависит от вида легирующей примеси (например, Ga или P), легирование
структур, потенциальные возможности их электрофизических и
осуществляется в процессе роста. В процессе использован вертикальный
фотоэлектрических
свойств,
исходя
из
рассчитанных
зонных
реактор проточного типа с холодными стенками. В качестве газа-носителя
энергетических
диаграмм (p-n-SiC/p-Si; p-n-SiC/n-Si; n-p-SiC/p-Si;
использован водород диффузионной очистки, расход которого составлял
n-p-SiC/n-Si; n-SiC/n-p-Si; n-SiC/p-n-Si и др.).
0,20,3 л/мин. Пьедестал, на котором установлены подложки кремния,
Приводятся
материалы
экспериментальных
исследований
выполнен в виде контейнера с тепловыми экранами. Контейнер изготовлен
высокотемпературных преобразователей деформации, температуры,
из карбидизированного графита особой чистоты. Подложки кремния в
оптических датчиков. Показано, что термометрические свойства датчиков
контейнере-кассете размещены горизонтально, вертикальный градиент
температуры по чувствительности превосходят кремниевые аналоги
температуры по контейнеру составляет ~5°С, что обеспечивает
(MTS-102105) в два раза, а по рабочему диапазону на 160210°С (т.е.
равномерное
пересыщение
по
парам
исходных
компонентов
функционируют до 300350°С) соответственно для гетеро- и гомоперехода
(углеводородов) и исключает истощение паров по мере прохождения
в b-SiC. Физический принцип преобразования - это падение напряжения
газов над подложками. Физико-химический механизм образования фазы
на прямосмещенном энергетическом барьере при изменении температуры
b-SiC во вскрытых окнах SiО2/Si заключается в следующем:
в соответствии с выражением
- газ-носитель водород в зоне температур 500-1000°С реагирует с
T

T
kT T
исходным углеродом особой чистоты с образованием газообразных
v = v
+ v 1-
+ m
lg
,
углеводородов;
1 T
ф
÷÷

T ÷÷
q ÷÷ T
1

1


1
- химический транспорт углерода осуществляется в зону
где v
эпитаксиального роста с температурой 1360-1380°С;
1 - падение напряжения при T = T1; vф - ширина запрещенной
зоны в вольтах; m - величина, близкая к 3.
- переход паров из зоны в зону сопровождается установлением
Чувствительность термопреобразователя
нового термодинамического равновесия для углеводородов, пересыщение
по парам приводит к гетерогенному осаждению и последующим реакциям
dv
1
mk
T
= (v v
1 lg
.
на поверхности кремния с образованием фазы;
1 - ф )


-
+
÷÷
dT
T
q
T
- формирование
фазы
b-SiC
обусловливает
протекание
1

1
твердофазных реакций по механизму встречной диффузии потока атомов
Рабочий ток термопреобразователя составляет 1 мА, характеристика
близка к линейной с погрешностью 0,8°C.

углерода и кремния. Фазовая граница движется в матрицу кремния со
скоростью 2,5 мкм/час.
Термодинамический расчет и экспериментальные исследования
подтверждают диффузионный механизм формирования фазы b-SiC.
Электронографические исследования подтверждают факт формирования
монокристаллической пленки b-SiC, наследующей ориентацию подложки.
Оже-спектроскопия подтверждает градиент концентрации углерода по
толщине растущей пленки. Карбид кремния кубической модификации с
шириной запрещенной зоны 2,2 эВ образуется только в окнах вскрытого
окисла на поверхности кремния, что обеспечивает проведение локальной
эпитаксии в соответствие с топологическим рисунком микросистемного
датчика. Эпитаксия на пористом кремнии увеличивает скорость процесса и
способствует релаксации напряжений на металлургической границе
полупроводниковых
фаз.
На
пористом
кремнии
образуется
монокристаллическая пленка b-SiC, наследующая ориентацию подложки.
Существует потенциальная возможность применения структур b-SiC на
пористом кремнии в газовых датчиках.