金刚石磨粒纳米加工单晶碳化硅非连续表面机理研究

建立金刚石磨料纳米加工单晶碳化硅衬底的分子动力学模型,从矢量位移、切削力、晶体结构相变及缺陷等方面研究划痕对原子去除过程的影响以及划痕壁面的材料去除机理。结果表明:划痕区域原子的去除方法主要是剪切和挤压。划痕入口区壁面变形为弹性和塑性混合变形,划痕出口区壁面变形主要为塑性变形,增加纳米加工深度能够提高原子的去除量。衬底表面存在的划痕使纳米加工过程中的切向和法向切削力均降低,最大差值分别为300和600 nN,划痕区域原子的缺失是切向力下降的主要原因。磨粒的剪切挤压作用使碳化硅原子的晶体结构发生了非晶转化,产生了大量不具有完整晶格的原子,并且衬底表层的原子与临近的原子成键,形成稳定的结构。衬底温度受影响的区域主要集中在磨粒的下方,并向衬底的深处传递,在2、5和8?纳米加工深度下衬底温度之间的差值约为100 K。

顶部籽晶溶液法生长碳化硅单晶及其关键问题研究进展

因其优异的物理特性,第三代半导体碳化硅(SiC)材料在高温、高频、高压及大功率电力电子器件和射频微波器件领域具有非常明确的应用前景。受限于自身技术特点,利用传统的物理气相输运(PVT)法制备SiC晶体仍面临许多技术挑战,难以满足当前电子器件对大尺寸、高质量和低成本SiC单晶衬底的迫切需求。顶部籽晶溶液(TSSG)法可以在更低的温度和近热力学平衡条件下实现SiC晶体制备,能够显著弥补PVT法的不足,正逐渐成为极具竞争力的低成本、高质量SiC单晶衬底创新技术之一。本文首先阐述了TSSG法生长SiC晶体的理论依据,并给出了各工艺环节要点,然后归纳了TSSG法生长SiC晶体的主要技术优势,梳理了国内外在该技术领域的研究现状并重点讨论了TSSG法生长SiC晶体关键技术问题、产生机制,以及可能的解决途径等。最后,对TSSG法生长SiC晶体的未来发展做出展望。

基于8英寸的碳化硅单晶生长炉技术

碳化硅是制作高温、高频、大功率以及高压器件的理想材料之一。为提高生产效率并降低成本,大尺寸碳化硅衬底的制备是重要发展方向。针对8英寸碳化硅单晶生长的工艺需求,分析了碳化硅物理气相输运法生长机理,研究了碳化硅单晶生长炉的加热系统、坩埚旋转、工艺参数控制技术,通过热场模拟仿真分析和工艺试验,成功制备生长了8英寸晶体。

液相法碳化硅单晶生长技术研究进展综述

SiC作为重要的第三代半导体材料,具有热导率高、耐高温、抗辐射等优异的性能,主要应用于智能电网、电动汽车、高速列车、先进雷达等领域,是各个国家优先发展的重要材料。目前,PVT技术在制造大尺寸SiC晶体及降低成本方面正面临严峻挑战,因此,业界开始将目光转向液相法,力图在这一领域取得突破。本文综述了SiC单晶技术研发过程,并对液相法生长SiC晶体中的一些关键因素进行研究。

晶圆级立方碳化硅单晶生长取得新突破!

碳化硅(SiC)具有宽带隙、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高热导率等优异性能,在新能源汽车、光伏和5G通讯等领域具有重要的应用。与目前应用广泛的4H-SiC相比,立方SiC(3C-SiC)具有更高的载流子迁移率(2-4倍)、低的界面缺陷态密度(低1个数量级)和高的电子亲和势(3.7eV)。利用3C-SiC制备场效应晶体管,可解决栅氧界面缺陷多导致的器件可靠性差等问题。但3C-SiC基晶体管进展缓慢,主要是缺乏单晶衬底。前期大量研究表明,3C-SiC在生长过程中很容易发生相变,已有的生长方法不能获得单一晶型的晶体。

基于金属电化学腐蚀的单晶SiC表面腐蚀和磨损性能研究

针对化学机械抛光中抛光液的环境污染,提出一种基于金属电化学腐蚀的单晶SiC化学机械抛光方法.通过腐蚀实验和摩擦磨损实验,研究了电化学腐蚀单晶SiC的Si面腐蚀性能和磨损性能.通过对比Al、Cu、Fe金属在Na_(2)SO_(4)电解质溶液中对Si面的腐蚀性能,发现Al在Si面产生明显的腐蚀层,EDS和XPS检测证实该腐蚀产物为SiO_(2).采用摩擦磨损实验研究溶液组分对SiC的Si面磨损影响规律.结果表明,提高Na_(2)SO_(4)电解质溶液浓度能获得更大的磨损量,当Na_(2)SO_(4)电解质溶液浓度为1.00 mol/L时,得到最大为7.19µm^(2)的磨损量;在酸性的金属电化学腐蚀溶液中,Si面具有更好的材料去除性能,在pH=3时磨损量达到11.97µm^(2).单晶SiC的金属电化学腐蚀材料去除机制为阴极的Al金属发生电偶腐蚀反应产生腐蚀电流,促使阳极SiC表面氧化生成SiO_(2)氧化层,进而去除材料.

单晶SiC超精密加工研究进展

单晶碳化硅(SiC)的高脆性、高硬性和强化学惰性是制约第三代半导体超精密抛光发展的关键,实现衬底高效率、超光滑表面的加工具有挑战性。对于单晶SiC的化学机械抛光(CMP),分别从材料去除和工艺优化两个维度出发,阐述了CMP SiC的影响因素和规律,指出了该方法的不足。介绍了光催化、超声振动、电场、等离子体、磁流变、表面预处理等辅助CMP抛光方法,分析了复合增效抛光的去除机理和优势。通过对比发现,辅助能场的介入有助于改善SiC表面质量,并能获得较好的加工效果,然而,复合抛光技术涉及的能场复杂,多能场作用下的材料去除机制和工艺参数匹配仍需进行深入研究。最后,对未来单晶SiC超精密加工的研究给出了建议,并进行了展望。

基于炭/炭复合材料加工余料制备碳化硅粉末的组织及性能

以炭/炭复合材料加工余料为碳源,与硅粉充分混合,通过高温合成法制备单晶生长用碳化硅粉末,并对其显微组织和表面性能进行研究。结果表明:制备出的碳化硅粉末晶型为β-SiC,部分继承了炭/炭复合材料加工余料的管槽状、脊状结构。在拉曼光谱中,该粉末的折叠横光与折叠纵光的半峰全宽之比为0.709,其相对纯度高于以石墨粉为碳源同工艺制备的碳化硅粉末。该碳化硅粉末具有多孔特征,比表面积为25.7426 m^(2)/g,可用于物理气相传输单晶生长工艺,且已初步验证其可行性。

SiC单晶生长中的籽晶制备工艺

作为碳化硅单晶生长的基础条件,籽晶制备质量直接决定了晶体是否能够正常生长。综合考虑现行籽晶石墨板粘接法和籽晶悬挂法籽晶固定技术,提出了粘接+悬挂的籽晶制备方法,研究了籽晶碳膜制备工艺和晶片/石墨纸粘接工艺,获得了一片高致密性碳化硅籽晶。经过碳化硅晶体生长验证,该籽晶能够满足高质量碳化硅晶体生长要求,晶体籽晶面光滑无析出物。

河南首块8英寸SiC单晶出炉!

2月6日,平煤神马集团碳化硅半导体粉体验证线传来喜讯——实验室成功生长出河南省第一块8英寸碳化硅单晶,全面验证了中宜创芯公司碳化硅半导体粉体在长晶方面的独特优势。据介绍,中宜创芯是国内最大的碳化硅粉体研发、生产和销售企业,是由中国平煤神马控股集团和平顶山发展投资控股集团共同出资设立的合资公司,主要是以电子级高纯碳化硅粉体和碳化硅衬底的生产和经营业务。

基于PSD评价及伪随机轨迹的单晶碳化硅表面粗糙度研究

随着新能源、特高压需求爆发,以单晶碳化硅为代表的第三代半导体技术近几年得到了飞速发展,大口径单晶碳化硅材料制备已经成为现实,相比于目前已成熟应用的RB-SiC材料,单晶碳化硅不需要通过CVD或PVD改性就可以获得1 nm甚至更优的表面粗糙度,在光学元件领域的应用具有广阔前景,但同时加工难度高是亟待解决的问题。为了解决单晶碳化硅材料在光学加工过程中的粗糙度问题,提出了一种基于PSD评价及熵增理论的伪随机轨迹加工改善粗糙度的方法。相较于传统单一的Ra值评价方法,通过引入PSD曲线丰富了粗糙度评价的维度;利用对熵增理论的分析,从理论上讨论了确定性抛光轨迹和伪随机轨迹对粗糙度尺度下累计误差影响的区别。通过对6 in(1 in=2.54 cm)单晶碳化硅进行多轮抛光实验,结果表明:在相同初始粗糙度情况下,确定性轨迹与伪随机轨迹虽均得到了Ra约1 nm的粗糙度值,但PSD曲线可以明显看出确定性轨迹出现了尖峰,而伪随机轨迹则更为平滑。验证了特定采样区间下的PSD曲线作为粗糙度评价手段的有效性,同时论证了伪随机轨迹相较于确定性轨迹在单晶碳化硅材料抛光上的优势。

探究碳化硅单晶抛光片激光加工技术

随着现代科技的不断发展,企业如果可以控制新一代材料则可控制新一代器件,此时也可以走在科技发展的最前列。当前碳化硅单晶材料是半导体材料中最为新型的材料,自身具有宽度大,击穿性强,漂移速度高的特点,热导率较大,因此电导数较小,所以可以有效应对各类辐射问题,因此整体也具备稳定性的特点,可以将其应用在高密度集成的电子器件中,现已成为国际最为关注的焦点信息之一。针对碳化硅单晶材料制备方面,其中主要包括两种技术,一种为晶体生长技术,一种为加工技术,在二者支持下才可完善碳化硅单晶材料的制备。晶片加工技术现已成为器件生产中最为重要的保障,任何一种优异特性材料都需单晶片加工技术的支持,从而有效推进器件制备工艺的进步。

原料对碳化硅单晶生长的影响

研究了具有立方结构的碳化硅(β-SiC)粉料在单晶生长过程中的物相变化及对生长晶体均匀性、缺陷等的影响。实验发现,在晶体生长过程中原料的晶型转变和Si、C挥发不一致造成晶体沿生长方向存在一个Si/C摩尔比的最大值。晶体中的针孔等缺陷的形成与原料中的杂质和气相组分偏离Si/C=1摩尔比有关,并通过电子探针得到证实。

热丝法低温生长硅上单晶碳化硅薄膜

提出了热丝化学气相淀积法，在低温（６００－７５０℃）下成功地生长出硅上单晶碳化硅薄膜，Ｘ光衍射谱、喇曼光谱证实了外延膜的单晶结构，光致发光测量证明外延ＳｉＣ材料室温下可稳定发射可见光。

SiC微粉含量对先驱体转化制备碳纤维布增强碳化硅复合材料性能的影响

以聚碳硅烷(PCS)、二乙烯基苯(DVB)和SiC微粉为原料制备了碳纤维布增强碳化硅复合材料,考察了SiC微粉含量对材料结构与性能的影响。实验表明,SiC微粉含量过低,材料内部存在大的孔洞,容易造成应力集中,导致材料的力学性能较差;而当SiC微粉含量较高时,在制备过程中微粉对碳纤维机械损伤加大,同样导致材料力学性能下降。当SiC微粉含量为30%(质量分数)时,所制备的材料的力学性能较好,其弯曲强度和拉伸强度分别为246.4MPa和72.5MPa。

Micro-Raman光谱鉴定碳化硅单晶的多型结构

利用激光拉曼光谱仪测量了SiC单晶中不同多型的显微Raman光谱.在Raman光谱中,最大强度的FTA模和FTO模应出现在其简约波矢x等于该多型的六角度h处,据此对4H-SiC单晶中的多型进行了鉴定.同时采用高分辨X射线衍射测量了该晶片不同区域的摇摆曲线,将不同多型体的计算衍射角与实验值加以比较,对SiC晶片中的多型进行了标注,所得结论与激光Raman光谱测定结果相一致,说明Raman光谱是一种简单、快速地鉴定多型结构的强有力的工具.实验结果表明,在升华法生长4H-SiC单晶过程中,容易出现寄生6H、15R多型同4H多型的竞争生长,简单分析了寄生多型产生的原因.

高分辨X射线衍射法研究碳化硅单晶片中的多型结构

我们采用高分辨X射线衍射法对SiC单晶片中的多型结构进行了研究 ,研究发现在以 4H SiC为籽晶的晶体生长过程中 ,4H SiC、6H SiC、1 5R SiC出现两相共存或三相共存现象。在单相、两相或三相共存区 ,X射线摇摆曲线具有明显不同的特征。根据多型结构 。

空间相机用碳化硅(SiC)反射镜的研究

根据空间光学遥感器发展的要求 ,提出碳化硅 (SiC)反射镜的研究 ,论述空间相机采用SiC反射镜的原因 ,介绍国外SiC反射镜发展概述 ,提出发展SiC反射镜的研究目标和应用方向。

碳化硅晶须对C/C复合材料表面SiC涂层的影响

以三氯甲基硅烷(CH3SiCl3,MTS)为先驱体原料,采用化学气相沉积法(CVD)在C/C复合材料表面原位生长碳化硅晶须(SiCw)及制备SiC涂层,研究SiCw对SiC涂层微观形貌,织构及力学性能的影响。结果表明:SiCw不仅可促成SiC等轴颗粒的细化、生长完善,裂纹宽度减小、偏转明显,而且可使涂层的织构发生改变;同时,大量的空洞在SiCw处形成,使得内层SiC涂层硬度低于外层,从而导致整个SiC涂层的硬度和弹性模量降低。

用红外吸收法测定碳化硅试样中SiC含量

用红外吸收法直接测定SiC中碳元素含量,再换算成SiC是碳化硅试样分析的一种简捷、快速的分析方法。