SiC单晶生长设备热场设计分析

在硅碳化物(SiC)单晶生长设备的热场设计中,充分考虑了温度分布、热流分布和热应力等关键因素,这对确保单晶质量、提高生长效率和延长设备寿命至关重要,热场设计涉及炉体结构、加热系统、冷却系统以及温度控制系统等多个方面,需要综合考虑热工学、材料学和机械工程等多个学科的知识。

化学气相沉积SiC涂层生长过程分析

以高纯石墨为沉积基体,MTS为先驱体原料,在负压条件下沉积了CVD SiC涂 层.利用SEM和XRD分别对涂层的形貌及晶体结构进行了表征,SiC涂层表面呈菱柱状, (111)面为择优取向面.利用高分辨透射电镜对涂层与基体的界面结构、涂层的显微结构进行 了研究,得出CVD SiC涂层生长过程如下:SiC最初是沿着石墨基体的晶面取向开始生长 的}随后经历一段取向淘汰及调整的过程后,开始(111)晶面的生长.

SiC单晶生长热力学和动力学的研究

升华法生长大直径碳化硅 (SiC)单晶一直是近年来国内外研究的重点 ,本文对Si C系中的Si,Si2 ,Si3 ,C ,C2 ,C3 ,C4,C5,SiC ,Si2 C ,SiC2 等气相物种的热力学平衡过程进行了研究 ,发现SiC生长体系中的主要物种为Si,Si2 C ,SiC2 。生长初期Si的分压较高 ,从而SiC生长为富硅生长模式。对外加气体进行研究发现 ,氩气为最好的外加气体 ,它既可以有效地抑制Si物质流传输 ,又可以减缓扩散系数随温度升高而递减的趋势。建立了简单一维传输模型 ,对三个主要物种的动力学输运过程进行了研究 ,计算得到了两个温度梯度下的主要物种的物质流密度。

SiC单晶生长研究进展

SiC单晶生长是一个引人注目的研究热点,受到各国政府、科研人员的广泛关注。本文综述了SiC单晶生长的研究进展,对目前广泛采用的PVT法进行了详细介绍,讨论了原料、籽晶、温度、温度梯度、载体气压对单晶生长和质量的影响。对今后的研究方向提出了看法。

TiN/SiC纳米多层膜中的晶体互促生长

研究了TiN/SiC纳米多层膜中的晶体互促生长效应,采用磁控溅射法制备了一系列不同厚度SiC和TiN的TiN/SiC纳米多层膜以及TiN、SiC单层膜.利用透射电子显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪分析了多层膜的微结构.结果表明,尽管TiN和SiC的单层膜分别以纳米晶态和非晶态存在,但由TiN和SiC通过交替沉积形成的纳米多层膜却能够生长成为晶体完整性良好的柱状晶并呈现强烈的择优取向,显示了一种异质材料晶体生长的相互促进作用.纳米多层膜中的晶体互促生长效应与新沉积层原子在先沉积层表面上的移动性有重要关系.

SiC单晶的生长及其器件研制进展

SiC具有禁带宽度大、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电场高和介电常数低等特点在高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体器件及紫外探测器和短波发光二极管等方面具有广泛的应用前景.本文综述了半导体SiC体单晶和薄膜的生长及其器件研制的概况.

SiC晶体生长和应用

介绍了作为半导体材料应用的ＳｉＣ的主要性能、晶体生长研究进展及器件研制现状。

不同原料合成SiC晶须的形貌结构特征和生长机理研究

分别以SiO2微粉和Si3N4为硅源,炭黑为碳源,氧化硼为催化剂,采用碳热还原法在1500℃氩气气氛下合成了SiC晶须。通过透射电镜和扫描电镜对所合成SiC晶须的形貌和晶体结构特征进行了分析。结果表明,采用两种硅源所合成的晶须均为β-SiC单晶,晶须的生长面为(111)面,生长方向为[111]方向。两种硅源所合成的晶须形貌特点存在较大差别,表明其合成SiC晶须的生长机理不同,VLS生长和螺旋位错的延伸生长可以分别用来解释以SiO2微粉为硅源和以Si3N4为硅源合成的晶须在形貌结构特征上的差别。

6H-SiC单晶(0001)Si-面的表面生长形貌

利用光学显微镜的反射模式观察了升华法生长的 6H SiC单晶 (0 0 0 1)Si 面的生长形貌 ,应用台阶仪测定了生长台阶高度。实验发现 ,6H SiC单晶的生长台阶呈螺旋状 ,生长台阶呈现出了韵律束合现象。在单晶中间部分 ,生长台阶稀疏 ,台面较宽 ,约 80 μm左右 ,台阶高度较小 ,约 2 0～ 5 0nm ,比较宽的台面上存在小生长螺旋。外围单晶区域 ,生长台阶比较密集 ,其台阶高度较大 ,约 30 0～ 70 0nm ,台面宽度较小 ,约 2～ 5 μm。生长台阶在前进过程中受单晶中的微管缺陷影响 。

SiC材料升华法生长机理

讨论了SiC晶体升华法生长机理。从SiC晶体生长过程中的化学反应,热传输,物质传输以及缺陷的形成等方面进行了探讨。分析了化学计量比和保护气体压力对SiC单晶生长及其缺陷形成的影响。通过分析得到,要获得高质量的SiC单晶,必须有效地控制各种工艺参数。

SiC单晶生长技术及器件研究进展

综述了近年来国外ＳｉＣ单晶及外延层生长、分立器件和集成电路的研究进展情况。

TiC纤维表面SiC晶体的生长与形貌

用扫描电镜对ＴｉＣ质长纤维经高温处理后表面形成的ＳｉＣ晶体的形貌进行观察，发现其晶形是骸晶体，文中对这种骸晶的形成原因与生长机理作详细讨论。

金属硅化物熔体中不同形貌SiC晶体的生长

以过渡族金属硅化物为溶剂,采用自发熔渗法和溶液法来研究不同形貌SiC晶体在金属硅化物熔体中的生长情况.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、体视显微镜等对熔渗试样和采用溶液法生长的单晶和晶须的形貌结构进行了观察和表征,利用X射线衍射仪(XRD)对采用溶液法生长的晶体和晶须进行了相组成和晶型的表征,并讨论了SiC晶须和SiC单晶的生长机理.结果表明,Fe5Si3、CoSi、Co4.5CrSi4.5、Ti2.3Si7.7等熔体适合生长SiC单晶,FeSi、FeSi2等熔体适合生长SiC晶须,而当Fe3Si熔体渗入SiC预制件后,仅有石墨相析出.

多孔SiC陶瓷微孔道内合成Silicalite-2分子筛膜

榉木经高温热解转化为生物碳模板,通过液相渗硅反应工艺制备了保持木材微观结构的多孔SiC陶瓷.在生物形态多孔SiC陶瓷载体上采用原位沉积晶种-二次生长法在其微孔道内壁形成了一层5μm厚的Silicalite-2分子筛膜.利用XRD,SEM和BET对复合材料的相组成、微观结构和比表面积进行了表征,研究了水热晶化温度对原位沉积晶种和二次生长成膜的影响.经原位沉积(120℃,36h)晶种涂层后在载体孔道表面形成了一层球形颗粒堆积的连续晶种层,经170℃,36h的二次生长,晶种不断长大并交织生长形成连续致密单层分子筛膜.在多孔SiC陶瓷微孔道中沿垂直于载体表面方向形成了一层对齐排列的Silicalite-2棒状晶体,颗粒生长主要沿晶体的最长轴[101]方向进行.Silicalite-2/SiC复合孔结构材料的微孔体积为0.013cm3/g,BET比表面积为43.2m2/g,而相应的分子筛负载量为9.5%.

Si、Si-Fe合金助熔法制备SiC研究

助熔剂法是一种高效生长SiC晶体的方法。本文采用助溶剂法对比考察了Si、Si-Fe合金熔体中SiC晶体生长行为特征,并结合光学显微镜以及电子显微探针对SiC晶体进行分析。研究发现,Si、Si-Fe合金熔体中SiC晶体均以SLS机制生长,受C在两种介质中溶解度的影响,Si熔体中SiC析出尺寸较小,10~50μm,排列成线状分布在样品外侧;Si-Fe熔体中SiC晶体析出尺寸较大,50~200μm,分散在样品中。

SiC单晶生长界面形状计算机模型的建立及验证

利用多物理场耦合模拟软件研究了3英寸(1英寸=2.54 cm)碳化硅(Si C)单晶生长中感应线圈位置对单晶生长系统温度场的影响。分析了感应线圈位置变化对晶体表面径向温度、晶体内部轴向温度以及晶体生长界面形状的影响。同时分析了不同生长时期晶体的界面形状和各向温差的变化规律,建立了3英寸Si C单晶生长界面形状计算机模型,进而将计算机模拟得到的晶体界面形状与单晶生长对照实验获得晶体的界面形状相对比,验证了该模型的可靠性。以此为依据,优化了单晶生长工艺参数,获得了理想的适合3英寸Si C单晶生长的温度场,并成功获得了高质量的3英寸Si C单晶。

坩埚石墨化度对SiC单晶生长过程的影响

研究了用改进Lely法制备SiC单晶的过程中坩埚石墨化度对物质传输和晶体生长速度的影响。在不同温度下进行石墨化处理得到了实验所用的坩埚。用XRD方法定量测定了晶体生长前坩埚的石墨化度,并用SEM分析了晶体牛长后坩埚内壁的反应情况。实验结果表明,石墨坩埚在SiC晶体生长过程中是一个非常重要的碳源提供者；当坩埚的石墨化程度较低时,晶体的生长速度快,生长速度由生长温度所控制；随着坩埚石墨化程度的提高,晶体生长速度减慢并由坩埚石墨化度所控制：当石墨化度进一步提高的时候,籽晶被碳化,晶体不能正常生长。

SiC单晶体放射状裂纹缺陷研究

在采用物理气相传输(PVT)法生长碳化硅(SiC)单晶的过程中,放射状裂纹是常见的缺陷。使用微分干涉显微镜对SiC单晶体和晶体抛光片表面形貌进行观测,结合晶体突变光滑面生长模型,对PVT法生长的SiC单晶放射状裂纹缺陷的形成机理进行了研究,并提出了消除或抑制放射状裂纹缺陷产生的方法。研究结果表明,放射状裂纹的出现与PVT生长过程中晶体微管密度紧密相关。在晶体生长初期,晶体生长平台平铺至尺寸较大的微管后形成微裂纹,这些微裂纹会随着晶体生长中的应力释放而沿晶体径向增殖、汇聚,最终与径向上的其他微裂纹连接成宏观放射状裂纹。通过提高SiC籽晶质量(低微管密度)、优化生长工艺参数可有效抑制放射状裂纹的产生。

第三代半导体材料SiC晶体生长设备技术及进展

第三代半导体设备技术是第三代半导体技术发展的重要支撑和基础。简要介绍了以SiC为代表的第三代半导体材料,重点介绍了SiC晶体生长方法,SiC晶体生长设备基本构成,设备技术国内外进展情况,最后指出了将设备研发和生长工艺相结合研制出更加成熟的SiC晶体生长设备的重要性。

第三代半导体SiC芯片关键装备现状及发展趋势

第三代半导体材料SiC具备熔点高、硬度大、稳定性好等特点,其制备工艺需要开发一些独特的工艺装备,主要涉及SiC单晶生长、衬底制备、外延生长和离子注入机及高温氧化炉等芯片制程关键装备。根据SiC技术及产业的发展特点,分析了当前SiC工艺设备特点及应用现状,展望了设备的未来发展趋势。