Crescita di Materiali Nanostrutturati e Funzionali - 3C-SiC

 

Strati sottili di carburo di silicio in forma cubica (3C-SiC) vengono cresciuti su silicio mediante epitassia da fase vapore (MOVPE) utilizzando silano, etilene, propano, metil-tricloro-silano come reagenti. Il drogaggio di tipo n è ottenuto mediante azoto.
Il 3C-SiC è un semiconduttore ad alta gap che ha trovato impiego in sensori di tipo MEMS (micro electro mechanical systems), in elettronica di alta potenza e come emettitore di singoli fotoni.
La temperatura di crescita raggiunge tipicamente i 1380 °C, in ambiente di idrogeno, e il processo è stato ottimizzato per minimizzare lo strain e i difetti all'interfaccia tra silicio e SiC.

3C-SiC per strain sensing

Sono stati depositati strati di 3C-SiC su substrati SOI (semiconductor on instulator), poi processati dai colleghi di IMM-CNR Bologna per realizzare microsensori di strain ad alta sensibilità, utilizzabili in ambienti "estremi" (e.g. alta temperatura e ambienti chimici ostili quali camere di combustione)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3C-SiC per fotonica

Difetti puntuali nel 3C-SiC opportunamente ingegnerizzati possono funzionare da emettitore di singoli fotoni. Difetti di punti sono stati creati mediante un processo di ossidazione da colleghi presso RMIT di Melbourne (Australia) e sono stati integrati in risonatori tipo microdisk. Hanno mostrato proprietà emissive tipo singolo fotone nel visibile.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nanofili core/shell 3C-SiC/SiO2

Mediante tecnica CVD vengono realizzate nanostrutture tipo core/shell di 3C-SiC/SiC, impiegate per lo sviluppo di nanosistemi per la cura di tumori mediante terapia fotodinamica.

 

Ottimizzazione e trasferimento industriale di un processo per la deposizione di 3C-SiC 

In collaborazione con Anvil Semiconductors LTD (UK) E' stato sviluppato un processo in grado di minimizzare i difetti di interfaccia tra SiC e silicio (voids). Il processo è stato ottimizzato sul reattore VPE del laboratorio di IMEM, individuando trend e ruolo dei parametri di crescita. In seguito, seguendo le idee e i risultati ottenuti, il processo è stato trasferito con successo su un reattore epitassiale di scale industriale.

E' stato inoltre studiato un processo utilizzando triclorosilano come reagente, per aumentare il rate di crescita del film.

 

L’efficacia dei trattamenti chimici post-crescita è stata verificata attraverso analisi di superficie con tecniche spettroscopiche e strutturali. Nel laboratorio IMEM di Trento è stato possibile verificare la pulizia della superficie a seguito di trattamenti di ossidazione e rimozione dell’ossido con acido fluoridrico.

Tecniche di spettroscopia di fotoemissione (sia da raggi X che UV) hanno permesso di stabilire il grado di pulizia e la terminazione della superficie (in questo caso silicio), mentre tecniche di diffrazione di elettroni a bassa energia (LEED) hanno evidenziato la presenza di una superficie estremamente ordinata e cristallina.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sintesi di 3C-SiC da C₆₀ su Si (111) a temperatura ambiente

 

 

 

PUBBLICAZIONI

L. Belsito, M. Bosi, F. Mancarella, M. Ferri, A. Roncaglia
Nanostrain Resolution Strain Sensing by Monocrystalline 3C-SiC on SOI Electrostatic MEMS Resonators
Journal of Microelectromechanical Systems 29 (2020) 117

T. Fan, X. Wu,  A.A . Eftekhar, M. Bosi, H. Moradinejad, E. V. Woods, A. Adibi
High-quality integrated microdisk resonators in the visible-to-near-infrared wavelength range on a 3C-silicon carbide-on-insulator platform
Optics Letters Vol. 45, Issue 1, pp. 153-156 (2020)

A. Lohrmann, T. J. Karle, V. K. Sewani, A. Laucht, M. Bosi, M. Negri, S. Castelletto, S. Prawer, J. C. McCallum, B. C. Johnson
Integration of Single-Photon Emitters into 3C-SiC Microdisk Resonators
ACS Photonics 4 (2017) 462

A. Lohrmann, S.  Castelletto, J.R Klein, T. Ohshima, M. Bosi, M. Negri, D.W.M Lau, B.C. Gibson, S. Prawer, J.C. McCallum, B.C Johnson
Activation and control of visible single defects in 4H-, 6H-, and 3C-SiC by oxidation
Applied Physics Letters 108 (2016) 021107

M. Bosi, C. Ferrari, D. Nilsson, P.J. Ward
3C-SiC carbonization optimization and void reduction on misoriented Si substrates: From a research reactor to a production scale reactor
CrystEngComm 18 (2016) 7478

M. Bosi, G. Attolini, M. Negri, C. Frigeri, E. Buffagni, C. Ferrari, T. Rimoldi, L. Cristofolini, L. Aversa, R. Tatti, R. Verucchi
Optimization of a buffer layer for cubic silicon carbide growth on silicon substrates
Journal of Crystal Growth 383 (2013) 84

Aversa L, Taioli S, Nardi MV, Tatti R, Verucchi R and Iannotta S
Front. Mater. 2 2015 46

R. Verucchi, L. Aversa, M. V. Nardi, S. Taioli, S. a Beccara, D. Alfè, L. Nasi, F. Rossi, G. Salviati, and S. Iannotta
Journal of the American Chemical Society 2012,134, 42, 17400-17403