氢气体积流量对n型4H-SiC同质外延生长的影响

在商业化偏4°导电型4H碳化硅(SiC)衬底上采用化学气相沉积(CVD)的方法进行n型4H-SiC同质外延层生长,研究反应过程中氢气(H2)对外延生长的影响,并使用表面缺陷测试仪、汞探针和红外膜厚仪等设备对外延层进行分析和表征。结果表明,氢气体积流量由基础值80增加到120 L/min,生长速率呈先增加后降低的趋势,生长速率的增加值最大为2μm/h,但缺陷呈先减少后增加的趋势。在高温CVD外延过程中,生长速率阶段性变化的原因:一是生长速率由气相质量转移系数和表面化学反应速率共同决定;二是氢气体积流量过大时,大量的析出氢难以及时离开生长表面,不利于反应物的有效分解和再沉积过程。综上所述,采用100 L/min氢气体积流量的生长工艺可在较高生长速率下制备高质量、厚度均匀性0.91%和载流子浓度均匀性1.81%的SiC外延片。

300mm直径硅外延片均匀性控制方法

随着摩尔定律的逐步实现,大直径硅片的应用规模逐渐扩大,然而,大直径硅外延片的片内均匀性成为了外延的主要问题之一。使用具有五路进气结构的单片外延炉生长300 mm直径硅外延片。相对于传统的三路进气结构,五路进气可以分别对硅片表面的5个区域的气流进行调节,实现单独分区调控,从而提升了外延层厚度均匀性的可调性。实验中,采用两步外延方法,进一步提升了片内电阻率均匀性。通过对工艺参数进行优化,300 mm硅外延片的外延层厚度不均匀性达到0.8%,电阻率不均匀性为1.62%(边缘排除5 mm),成功提升了300 mm直径硅外延片的外延层厚度和电阻率均匀性控制水平。

150mm高质量15kV器件用4H-SiC同质外延生长

采用化学气相沉积法进行6英寸(1英寸=2.54 cm)厚层4H-SiC同质外延片的快速生长,通过对工艺中预刻蚀、碳硅比(C/Si)和温度等关键参数优化,有效降低了厚层外延片表面缺陷密度。同时,采用傅里叶变换红外法、汞探针电容电压法和表面缺陷测试仪对厚层4H-SiC同质外延片各项参数进行表征。结果表明,生长的厚150μm外延层表面缺陷(三角形、掉落物以及掉落物引起的三角形)密度可降低至0.5 cm^(-2)。外延片厚度均匀性为0.66%,外延层氮(N)掺杂浓度为2×10^(14) cm^(-3),N掺杂浓度均匀性为1.97%。此外,通过生长前对系统进行烘烤处理有效降低了反应腔系统的背景浓度,连续生长10炉次低掺杂浓度外延片,片间N掺杂浓度均匀性为4.56%,大大提高了炉次间的掺杂浓度均匀性。通过对工艺参数进行优化及外延前烘烤系统的方式,成功制备了150 mm高质量15 kV器件用4H-SiC同质外延片。

6英寸高纯半绝缘SiC生长技术

利用自蔓延法进行SiC粉料合成、物理气相传输法进行6英寸(1英寸=2.54 cm)高纯半绝缘(HPSI)SiC晶体生长。采用高温下通入HCl和H2的方法,对SiC粉料合成及晶体生长所使用的石墨件和石墨粉进行前处理,该方法可有效降低系统中N、B和Al等杂质的背景浓度,提高SiC晶体的电阻率。使用二次离子质谱(SIMS)法对获得的晶体进行杂质浓度检测。检测结果表明,N和Al的浓度均小于检测极限(分别为1×10^16和1×10^14 cm^-3),B的浓度为4.24×10^14 cm^-3。对晶体进行切片和抛光后得到的晶片进行测试。测试结果表明,整个晶片所有测试点的电阻率均在1×10^8Ω·cm以上,微管密度小于0.2 cm^-2,X射线摇摆曲线半高宽为28 arcsec。使用该方法成功制备了6英寸高纯半绝缘4H-SiC晶体。

高纯半绝缘SiC电阻率影响因素

采用物理气相传输(PVT)法进行高纯半绝缘SiC晶体生长,利用高温真空解吸附以及在系统中通入HCl和H2的方法,有效降低了系统中N、B和Al等杂质的背景浓度。使用二次离子质谱(SIMS)对晶体中杂质浓度测试,N、B和Al浓度分别小于1×1016、1×1015和2×1014 cm-3。对加工得到的晶片进行测试,全片的电阻率均在1×1010Ω·cm以上,微管密度小于0.02 cm-2,(004)衍射面的X射线摇摆曲线半高宽为34″。结果表明,该方法可以有效降低SiC晶体中N、B和Al等杂质浓度,提升SiC晶片的电阻率。使用该方法成功制备了4英寸(1英寸=2.54 cm)高纯半绝缘4H-SiC晶体。

基于纳米金固定半抗原的电化学免疫传感器灵敏检测克伦特罗

研制了一种基于纳米金固定半抗原的间接竞争电化学免疫传感器,可灵敏检测克伦特罗。在金电极表面组装1,6-己二硫醇单分子膜,通过AuS共价作用连接纳米金颗粒,通过吸附作用固定克伦特罗-牛血清白蛋白偶联物。样品中的待测组分与固定化的克伦特罗偶联物竞争结合单克隆抗体,碱性磷酸酯酶标记的二抗选择性地与电极表面捕获的一抗反应,进而催化底物1-萘酚磷酸酯水解生成1-萘酚,在电极表面氧化产生电信号。在优化的实验条件下,克伦特罗浓度在0.1～1000μg/L范围内与电流强度线性相关,线性方程为I(A)=8.79×10-7-2.66×10-7logC(μg/L),相关系数0.9960,检出限达20 ng/L。同时测定了猪肉及猪肝样品中克伦特罗含量,相对标准偏差平均值为7.0%,加标回收率在89.1%～105.6%之间,与传统的间接竞争酶联免疫吸附法对照,结果无显著性差异。

用于高压快恢复二极管的200mm硅外延材料的生长

1 200 V快恢复二极管(FRD)器件用200 mm外延片由于直径较大、外延层较厚(约130μm)以及电阻率较高(约60Ω·cm),外延层滑移线、电阻率不均匀性和缓冲层过渡区不易控制。通过在水平板式炉上进行工艺优化实验,采用900℃恒温工艺,外延层滑移线总长由原来的约90 mm降低至约15 mm。采用氢气变流量赶气工艺,外延层电阻率不均匀性由原来的约5%提升至小于3%。缓冲层结构生长之前,预生长本征覆盖层(帽层)可以降低缓冲层的过渡区宽度,由10μm降低至5μm,改善了缓冲层的有效厚度,同时也可以降低缓冲层的电阻率不均匀性,由2.5%降低至1.1%。以上措施的实施,满足了1 200 V FRD器件的材料指标要求,外延片出货量大幅度增加,提升了产业化水平。

高质量6英寸4H-SiC同质外延层快速生长

采用化学气相沉积法在6英寸(1英寸=2.54 cm)4°偏角4H-SiC衬底上进行快速同质外延生长,通过研究Si/H_(2)比(所用气源摩尔比)与生长速率的相互关系,使4H-SiC同质外延层生长速率达到101μm/h。同时,系统研究了C/Si比对4H-SiC同质外延层生长速率、表面缺陷密度和基面位错密度的影响。采用光学显微镜和表面缺陷测试仪对同质外延层缺陷形貌以及缺陷数量进行表征。结果表明,当C/Si比不小于0.75时,4H-SiC同质外延层生长速率趋于稳定,约为101μm/h,这是沉积表面硅源受限导致的。此外,随着C/Si比增加,4H-SiC同质外延层表面缺陷密度明显增多,而衬底基面位错(BPD)向刃位错(TED)转化率几乎接近100%。因此,当生长速率约为101μm/h、C/Si比为0.77时能够获得高质量、高一致性的4H-SiC同质外延片,其外延层表面缺陷和基面位错密度分别为0.39 cm^(-2)和0.14 cm^(-2),外延层厚度和掺杂浓度一致性分别为0.86%和1.80%。

基于目标物诱导置换及纳米金催化的新型荧光技术检测腺苷

在一定条件下,磁性纳米颗粒上修饰的腺苷核酸适体与纳米金标记的核酸探针杂交;再加入目标物腺苷诱导适体构象变换,并置换出金标探针;经磁场分离后,游离的金标探针进一步用于催化抗坏血酸还原铜离子,使铜离子对钙黄绿素的荧光猝灭得到抑制.由于极少量的纳米金能够催化大量铜离子还原并沉积在其表面,铜离子浓度急剧降低,从而改变钙黄绿素的荧光信号.实验结果表明,腺苷的动力学响应浓度范围为100 pmol/L～10 nmol/L,检出限低至80 pmol/L.核酸适体的高度特异识别性能保证了该方法具有良好的选择性.

4HN-SiC包裹物在薄层同质外延中的转化

对4HN型碳化硅(4HN-SiC)包裹物进行了系统的研究,首次提出了包裹物分布的碳氮竞位模型,并对各种包裹物的起源及抑制改善提出了有效的解决方法。同时研究了4HN型SiC包裹物在薄层同质外延过程中的转化,发现外延后包裹物主要转化为三角形、凸起和凹坑三种表面缺陷。对比外延前后缺陷形貌发现,包裹物外延后呈现的表面缺陷类型主要取决于包裹物的大小和聚集密度。在工艺优化过程中,发现低碳硅比环境下来源于包裹物的表面"杀手级"缺陷数量明显降低。这是由于随着碳硅比的降低,外延过程中台阶流生长占主导,减少了岛状成核点。通过对生长单晶抛光片和外延片工艺的优化,制备出外延后无包裹物导致的表面"杀手级"缺陷的高质量4HN-SiC外延片,其合格率达到99.3%。

4H-SiC同质外延基面位错的转化

采用化学气相沉积法在4°偏角4H-SiC衬底上进行同质外延生长,并使用500℃熔融KOH对SiC衬底及外延片进行腐蚀。采用同步加速X射线衍射仪和光学显微镜对外延前后基面位错(BPD)形貌进行系统表征,分析了基面位错向刃位错转化的过程。外延生长过程中同时存在台阶流生长和侧向生长(即垂直于台阶方向)两种模式,当侧向生长模式占主导时,能够有效地抑制基面位错向外延层的延伸;当台阶流生长模式占主导时,基面位错延伸至外延层。结果表明,随着碳硅比增加,外延层基面位错密度能够降低至0.05 cm-2,这是由于侧向生长增强导致的。通过优化碳硅比,能够制备出高质量的4H-SiC同质外延片,其基面位错密度和表面缺陷密度分别为0.09和0.12 cm-2。

基于酶催化沉积放大的检测芜菁花叶病毒的生物传感技术

提出了一种基于酶催化沉积放大检测芜菁花叶病毒（Turnip mosaic virus,TuMV）的生物传感技术。该方法先通过夹心免疫反应,将碱性磷酸酯酶标记的芜菁花叶病毒抗体固定到电极表面,然后通过碱性磷酸酯酶催化还原银离子在电极表面形成不溶性沉积物,从而放大电化学检测信号。考察了抗体的用量和沉积时间对免疫分析的影响,结果显示传感器信号响应与芜菁花叶病毒原液的浓度在10~1000倍稀释范围内呈良好的线性关系,检出限达到500000倍芜菁花叶病毒原液稀释浓度。

衬底去边宽度对高阻厚层硅外延片参数的影响

硅外延片的参数受衬底以及外延层两方面影响,研究了衬底背面SiO_(2)层边缘去除宽度(简称去边宽度)对高阻厚层硅外延片参数的影响。对比0、0.3和0.5 mm三种去边宽度硅外延片的参数发现,去边宽度对外延层厚度不均匀性没有影响,对外延层电阻率不均匀性影响巨大,外延层电阻率不均匀性与衬底去边宽度呈正比。衬底去边宽度也会影响外延片的外观、表面颗粒以及滑移线。进一步研究了去边宽度对后续制备MOS管在晶圆片内击穿电压分布的影响,发现去边宽度越宽,晶圆片内MOS管击穿电压差越大。综合考虑外延片及其制备器件参数,选择0.3 mm为制备高阻厚层硅外延片的最佳去边宽度,可以获得优良的外延片参数及器件特性。

高纯SiC粉料中杂质浓度的控制和测试

采用燃烧合成法制备碳化硅(SiC)粉料,调整氢气和氩气体积流量比以及高纯氯化氢气体体积流量,使氮、铝和钒浓度低于二次离子质谱仪的检测下限,硼和钛浓度接近检测下限。使用制备的高纯SiC粉料生长单晶,获得电阻率大于1×10^9Ω·cm的衬底,粉料达到高纯半绝缘水平。通过研究发现,增加氢气体积流量可以降低粉料中的氮浓度,并使氮浓度低于检测限1×10^16 cm^-3,但是氢气体积流量过高会加重坩埚损耗,影响坩埚寿命和工艺稳定性;高纯氯化氢气体可以降低粉料中硼、铝、钒和钛的浓度,但其体积流量不宜过大,否则会引入新的氮杂质;粉料的色度a^*值与氮浓度呈反比关系,利用分光色差仪测试色度a^*值判断粉料氮浓度高低。

p型4H-SiC同质外延有效层厚度

通过化学气相沉积法,采用不同生长工艺在4°偏角4H-SiC衬底上制备p型4H-SiC同质外延片。提出了p型4H-SiC同质外延中有效层厚度的概念,研究发现导致外延有效层厚度减少的直接原因是自掺杂效应的存在。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容电压(Hg-CV)和表面缺陷测试仪对p型4H-SiC同质外延片进行表征,讨论了不同工艺对外延有效层厚度的影响。结果表明,采用隔离法和阻挡层法均能提高外延有效层厚度,且掺杂浓度随距表面深度变化斜率值由1.323减小到0.073。然而,阻挡层法斜率值能进一步优化至0.050,是由于有效抑制了外延中固相和气相自掺杂。对比于优化前工艺,采用阻挡层法制备的p型4H-SiC同质外延片厚度不均匀性和表面总缺陷数量处于同一水平,掺杂浓度不均匀性由2.95%改善到2.67%。综上,采用阻挡层法能够制备出高有效层厚度、高一致性和高质量的p型4H-SiC同质外延片。