A study of silicon distribution in silicon-containing pyrocarbons

Summary The silicon distribution in silicon-containing pyrocarbon obtained by simultaneous pyrolysis of methane and silicon tetrachloride in the temperature range 1160–1630° C was followed by electron-probe microanalyser. Deposits obtained at about 1200° C contain about 4%w/w silicon in the form of silicon carbide. Very fine particles of SiC are homogeneously dispersed over the whole layer. Between 1300 and 1400° C larger lenticular inclusions of silicon carbide are formed which serve as nuclei for further crystallization of both silicon carbide and pyrocarbon. At the highest temperatures used (1600° C) only the solid solution containing 0.2%w/w silicon in pyrocarbon is deposited. It is supposed that the distribution of silicon in pyrocarbon is a result of temperature dependence of the nucleation and growth processes of silicon carbide.

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Zusammenfassung Die Verteilung des Siliciums in siliciumhältigen, durch gleichzeitige Pyrolyse von Methan und Siliciumtetrachlorid bei 1160 bis 1630° C erhaltenen Pyrokohlenstoffproben wurde mit einer Mikrosonde verfolgt. Bei etwa 1200° C erhaltene Abscheidungen enthalten etwa 4% (g/g) Silicium als Carbid. Sehr kleine SiC-Partikel sind homogen über die ganze Schichte verteilt. Zwischen 1300 und 1400° C bilden sich größere, linsenförmige Einschlüsse von SiC, die als Kristall isationskeime sowohl für Siliciumcarbid wie für Pyrokohlenstoff wirken. Bei der höchstangewandten Temperatur (1600° C) wird nur die feste Lösung von 0,2% (g/g) Silicium in Pyrokohlenstoff abgeschieden. Daher wird angenommen, daß die Siliciumverteilung das Ergebnis der Temperaturabhängigkeit der Keimbildung und des Fortschreitens der Siliciumcarbidabscheidung ist.

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Presented at VIth International Symposium on Microtechniques, Graz, 7–11 September 1970.