蓝宝石衬底异质外延碳化硅薄膜反应机理研究

对宽禁带半导体材料碳化硅薄膜的异质外延工艺和反应机理进行了讨论,针对实验使用常压水平卧式反应室,分析了生长过程中气流流速分布、反应室内温度分布以及反应气体浓度分布,指出“汽相结晶”过程对薄膜生长区Si/C比例有很大影响,从而影响了碳化硅薄膜的生长速率,在SiC薄膜的生长过程中,对Si/C原子比例的控制一直是影响薄膜表面形貌和膜层掺杂浓度的重要因素。这很好地解释了薄膜生长过程中出现的异常现象。

蓝宝石/氮化铝衬底上SiC外延薄膜的X射线衍射分析

介绍了在蓝宝石 /氮化铝复合衬底上外延生长碳化硅薄膜材料的工艺技术 .通过在蓝宝石衬底上预淀积一层薄的氮化铝缓冲层使碳化硅薄膜的成核和黏附性得到很大的改善 .用多种X光衍射方法对生长在蓝宝石 /氮化铝复合衬底上的碳化硅薄膜的结构进行了分析 ,结果表明 ,可在这种衬底上成功地生长出 6H SiC单晶薄膜 .

衬底温度对Si(111)衬底上MBE异质外延3C-SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)技术,在Si(111)衬底上异质外延生长3C-SiC单晶薄膜,通过RHEED、XRD、AFM、XPS等实验方法研究了衬底温度对薄膜结构、形貌和化学组分的影响.研究结果表明,1000℃生长的样品具有好的结晶质量和单晶性.在更高的衬底温度下生长,会导致大的孔洞形成,衬底和薄膜间大的热失配使降温过程中薄膜内形成更多位错,从而使晶体质量变差.在低衬底温度下生长,由于偏离理想的化学配比也会导致薄膜的晶体质量降低.

碳化硅异质外延薄膜生长及表面缺陷研究

讨论了引入Ⅲ Ⅴ族氮化物为蓝宝石与碳化硅中间的缓冲层 ,用常压气相外延手段在蓝宝石 /Ⅲ Ⅴ族氮化物复合衬底上异质外延碳化硅薄膜的过程 .在C面 (0 0 0 1)蓝宝石上成功地生长出SiC薄膜 .扫描电子显微镜显示薄膜表面连续、光滑 ,证明良好的氮化物缓冲层对碳化硅薄膜异质生长具有重要的意义 ,同时在表面发现直径为 1～ 10 μm的六角形缺陷 .对缺陷面密度与工艺参数的关系进行了分析 ,并对缺陷产生的机理进行了探讨 ,认为反应产生物的腐蚀是产生六角形缺陷的来源 .

SiC衬底上异质外延GaN薄膜XPS谱和PL谱研究

利用X射线光电子能谱 ,对在SiC衬底上采用MOCVD异质外延的未故意掺杂的GaN进行N、Ga组份测试 ,同时用光致发光技术对样品进行发光特性的研究 结果表明 ,随着GaN薄膜中Ga百分含量逐渐减小 ,室温下黄光输出峰值强度却逐渐增加 因此 ,在Ga含量相对低的GaN薄膜中容易形成Ga空位 (即Ga空位浓度较高 ) ,而此时 ,黄光辐射强度单调递增证明 。

4H-SiC衬底表面SiC薄膜的同质外延生长

以4H-SiC为衬底,在不同衬底温度下进行SiC薄膜的同质外延生长。利用反射式高能电子衍射(RHEED)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)等测试手段,对生长样品的结构和结晶质量进行了表征。根据测试结果发现,在衬底温度为1200℃时能够得到质量较高的薄膜,在另外两个温度(1100℃和1300℃)条件下得到的薄膜质量是较差的。

α-Al_2O_3衬底上6H-SiC薄膜的SSMBE外延生长

采用固源分子束外延(SSMBE)技术,在α-Al2O3(0001)衬底上直接制备出了SiC薄膜。利用反射式高能电子衍射(RHEED)、Raman光谱、X射线扫描、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等实验技术,对生长的样品的结构和结晶质量进行了表征。结果表明:在蓝宝石衬底上生长出了结晶性能良好的6H-SiC薄膜,且薄膜中存在较小的压应力,这种压应力是由薄膜与衬底之间热膨胀系数的差异所致。

蓝宝石衬底上异质外延生长碳化硅薄膜的研究

报道了在蓝宝石 (α Al2 O3)衬底上采用atmosphericpressurechemicalvapor(APCVD)技术异质外延碳化硅薄膜材料的研究 .通过引入Ⅲ Ⅴ族氮化物为中间的缓冲层 ,在C(0 0 0 1)蓝宝石上成功地生长出SiC薄膜 ,经过四晶衍射分析 ,分别在 35 4 9°和 75 0 2°发现了 6H SiC(0 0 0 6 )面和 (0 0 0 12 )晶面族的对称衍射峰 ,显示SiC薄膜的晶体取向与(0 0 0 1)面的衬底是相同的 .扫描电子显微镜 (SEM)的观察显示薄膜表面连续、光滑 ,不要利用二次离子质谱仪(SIMS)方法对生长膜层在纵向剖面的元素结构进行了分析 。

Si衬底上外延3C-SiC薄层的XPS分析

采用 HFCVD技术 ,通过两步 CVD生长法 ,以较低生长温度 ,在 Si( 1 1 1 )和 Si( 1 0 0 )衬底上同时外延生长 3C- Si C获得成功 .生长源气为 CH4 + Si H4 + H2 混合气体 ,热丝温度约为2 0 0 0℃ ,碳化和生长时基座温度分别为 950℃和 92 0℃ ,用 X射线衍射 ( XRD)和 X射线光电子能谱 ( XPS)等分析手段研究了外延层的晶体结构、组分及化学键能随深度的变化 .XRD结果显示出 3C- Si C薄层的外延生长特征 ,XPS深度剖面图谱表明薄层中的组分主要为 Si和 C,且 Si/C原子比符合 Si C的理想化学计量比 ,其三维能谱曲线进一步证明了外延层中 Si2 p和与 Cls成键形成具有闪锌矿结构的 3C- Si

Si(100)衬底上n-3C-SiC/p-Si异质结构研究

利用LPCVD方法在Si(100)衬底上获得了3C SiC外延膜,扫描电子显微镜(SEM)研究表明3C SiC/p Si界面平整、光滑,无明显的坑洞形成。研究了以In和Al为接触电极的3C SiC/p Si异质结的I V,C V特性及I V特性的温度依赖关系,比较了In电极的3C SiC/p Si异质结构和以SiGe作为缓冲层的3C SiC/SiGe/p Si异质结构的I V特性,实验发现引入SiGe缓冲层后,器件的反向击穿电压由40V提高到70V以上。室温下Al电极3C SiC/p Si二极管的最大反向击穿电压接近100V,品质因子为1 95。

AlN/Si(111)衬底上4H-SiC的CVD外延生长研究

利用CVD的方法在Al N/Si(111)衬底上成功实现了4H-SiC薄膜的异质外延生长,用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、喇曼散射(Raman scattering)对所得样品的结构特征、表面形貌等进行了表征测量。XRD测量结果显示得到的SiC薄膜具有单一的晶体取向;Raman散射谱线初步表明得到的SiC薄膜为4H型态。衬底温度过低,不利于Si、C原子选择合适的格点位置成键,外延薄膜晶体质量不高;衬底温度过高,H2的刻蚀作用和表面原子的解吸附作用增强,不利于SiC的成核生长。C/Si比过小,薄膜表面会形成Si的小液滴;C/Si比过大,薄膜中会产生Si空位形式的微缺陷。因此,研究表明在Al N/Si(111)衬底上外延4H-SiC的最佳衬底温度为1230~1270℃,较为理想的C/Si比值为1.3。

Si(100)衬底上SiC的外延生长

在 １０５０ ℃下用 Ｓｉ２Ｈ６和 Ｃ２Ｈ４在 Ｓｉ（１００）衬底上外延生长了 ３Ｃ－ＳｉＣ，生长前只通入Ｃ２Ｈ４将 Ｓｉ衬底碳化形成 ＳｉＣ缓冲层碳化过程中 Ｃ２Ｈ４与 Ｓｉ表面反应形成了 ＳｉＣ孪晶，但随着生长时间的延长，外延层转变为单晶层，其表面呈现典型的单晶 ＳｉＣ的（２×１）再构从外延层的 Ｒａｍａｎ谱观察到明显的ＳｉＣ的ＴＯ和ＬＯ声子模；ＳＥＭ观测结果表明。

异质外延立方氮化硼薄膜的微结构研究

利用离子束辅助沉积技术在金刚石薄膜衬底上制备立方氮化硼薄膜,傅立叶变换红外谱的结果表明,在高度(001)织构金刚石薄膜衬底上沉积的立方氮化硼薄膜是纯的立方相,而在多晶金刚石薄膜衬底上制备的立方氮化硼薄膜中还含少量的六角氮化硼。高分辨透射电镜的分析表明,在金刚石晶粒上异质外延的c BN直接成核于金刚石衬底,界面没有六角氮化硼过渡层;而在含有大量缺陷的晶粒边界,存在六角氮化硼的成核与生长。

Si(111)衬底上3C-SiC的超低压低温外延生长

研究发展了一种Si衬底上低温外延生长 3C SiC的方法。采用LPCVD生长系统 ,以SiH4 和C2 H4 为气源 ,在超低压 (30Pa)、低温 (90 0℃ )的条件下 ,在Si(111)衬底上外延生长出了高质量的 3C SiC薄膜材料。采用俄歇能谱 (AES)、X射线衍射 (XRD)和原子力显微镜 (AFM )等分析手段研究了SiC薄膜的外延层组分、晶体结构及其表面形貌。AES结果表明薄膜中的Si/C的原子比例符合SiC的理想化学计量比 ,XRD结果显示了3C SiC外延薄膜的良好晶体结构 ,AFM揭示了 3C SiC薄膜的良好的表面形貌。

CeO2缓冲层对蓝宝石基Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜结构和介电性能的影响

利用磁控溅射法制备Ce O_2缓冲层,通过脉冲激光沉积法制备Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3(BST)薄膜,在Al_2O_3(11—02)蓝宝石基片上构架了Pt/BST/Ce O_2/Al_2O_3和Pt/BST/Al_2O_3叉指电容器,对比研究了Ce O_2缓冲层对BST薄膜结构和叉指电容器介电性能的影响。通过X射线衍射仪、原子力显微镜和LCR表分别对叉指电容器的结构、表面形貌和介电性能进行了表征。实验发现,直接沉积在蓝宝石上的BST薄膜为多晶结构,生长在Ce O_2缓冲层上的BST为(001)取向的高质量外延薄膜。生长在Ce O_2缓冲层上的BST薄膜相对于没有缓冲层的BST薄膜具有更小的晶粒和均方根粗糙度。在40 V偏置电压下,Pt/BST/Al_2O_3和Pt/BST/Ce O_2/Al_2O_3叉指电容器的调谐率分别是13.2%和25.8%;最小介电损耗为0.021和0.014。结果表明Ce O_2缓冲层对生长在蓝宝石基片上的BST薄膜结构和介电性能具有重要影响。

用等离子体辅助分子束外延生长氧化锌单晶薄膜

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)方法,通过优化生长条件,在c平面蓝宝石(Al_2O_3)上生长出氧化锌(ZnO)单晶薄膜。使用反射式高能衍射仪(RHEED)原位监测到样品表面十分平整,X射线摇摆曲线(XRC)测得ZnO薄膜的<002>取向半峰全宽为0.20°,证实为ZnO单晶薄膜。室温下吸收谱(ABS)和光致发光(PL)谱显示了较强的激子吸收和发射,且无深能级(DL)发光。电学性能测量表明,生长的ZnO为n型半导体,室温下载流于浓度为7×10^(16) cm^(-3),与体单晶ZnO中的载流子浓度相当。

硅基片上异质外延SiC的机理研究(英文)

本文利用低压高温MOCVD系统 ,成功地在Si(111)基片上外延出了具有高质量的SiC薄膜 ,并对其反应机理做了一些初步的研究。大部分观点认为 ,SiC/Si的异质外延 ,其最初的状态应该为Si衬底中Si的扩散。但是 ,本文通过在不同流量比的条件下 ,SiC薄膜在Si基片以及Al2 O3 基片上外延的比较 ,发现在SiC/Si的异质外延过程中起重大作用的并非Si衬底中Si的扩散 ,而是很大程度上作用于C向Si衬底的扩散。同时 ,还发现反应速率的快慢受SiH4流量所限制。当SiH4流量增加时 ,反应速率会明显加快 ,但是结晶质量会相对变差。

Si(001)衬底上方形3C-SiC岛的LPCVD生长

Si衬底上SiC的异质外延生长深受关注 ,为了了解Si衬底上SiC的成核及长大过程 ,采用LPCVD方法在Si(0 0 1)衬底上生长出了方形 3C -SiC岛 ,利用Nomarski光学显微镜和扫描电子显微镜 (SEM )观察了SiC岛的形状、尺寸、密度和界面形貌 .结果表明 ,3C -SiC岛生长所需的Si原子来自反应气源 ,衬底上的Si原子不发生迁移或外扩散 。

脉冲激光沉积制备NiO(111)外延薄膜及其结构研究

采用脉冲激光沉积法(PLD)在具有六方纤锌矿结构的蓝宝石衬底上制备了NiO外延薄膜,研究了沉积温度、氧分压对薄膜结构和形貌的影响。在650℃、20Pa氧分压的条件下制得了高结晶质量的单晶NiO薄膜。高能电子衍射分析发现,该NiO薄膜沿Al2O3[11–20]方向入射的衍射图像为清晰的斑点,说明NiO薄膜的生长模式为岛状模式,薄膜与衬底的外延匹配关系为:(111)[11–2]NiO//(0001)[11–20]Al2O3。

蓝宝石(0001)衬底上Ga浸润层对ZnO外延薄膜质量的影响

利用射频等离子体辅助分子束外延(RF-MBE), 通过在蓝宝石(0001)衬底上预先沉积金属Ga薄层的方法生长出了高质量的ZnO单晶薄膜. 这个Ga薄层的引入完全抑制了导致ZnO薄膜质量下降的旋转畴和倒反畴的形成. 反射式高能电子衍射(RHEED)原位观察以及高分辨X射线衍射(HRXRD)、透射式电子显微(TEM)和会聚束电子衍射(CBED)测试表明, 该薄膜具有很高的晶体质量和单一Zn极性. 详细讨论了Ga浸润层在ZnO的极性选择以及缺陷密度的减少等方面所起的作用, 并通过一个双层Ga原子模型分析了单一极性生长的机理.