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。

SiC晶体PVT生长系统的流体力学模型及其有限元分析

本文根据S iC晶体PVT生长炉的实际提出了生长系统温度场计算的流体力学模型,采用有限元法分析了生长腔内的热传导、辐射和对流对生长腔内和生长晶体中温度空间分布的影响。通过对生长腔内及生长晶体中温度瞬态和稳态分布的分析,得出在加热的初始阶段腔内气体对流对坩埚内的温度分布有较大影响,在系统热平衡后辐射对腔内温度分布起决定作用的结论。

用于SiC晶体生长的高纯原料的合成及性能研究

SiC原料的纯度、粒径和晶型直接影响生长单晶的结晶质量和电学性质,尤其是高纯半绝缘本征SiC晶体的制备需要使用高纯SiC原料。本文采用超高温真空烧结炉,选择Si粉和C粉作为反应物,通过XRD、SEM、激光粒度测试仪和GDMS等测试手段研究了合成温度、压强、时间及原料配比等工艺条件对SiC颗粒成核、生长、晶型、粒径及堆积密度等综合性能的影响。结果表明,自合成的SiC原料一致性好、颗粒度均匀、纯度达到或超过5N。最后,使用自合成原料进行晶体生长,进一步证实其完全满足高质量半绝缘SiC晶体的制备。

显微激光拉曼光谱法鉴别SiC晶体的多型体结构

利用显微激光拉曼光谱法对掺氮 6H SiC单晶中的寄生多型体进行了鉴别 ,结果表明其中有 4H SiC和 15R SiC两种寄生多型体。不同SiC多型体的纵光学声子与等离子体激元的耦合模 (LOPC模 )表明 :在掺氮 6H SiC单晶的生长条件下 ,6H SiC的掺氮效应与 4H SiC存在明显差别 ,而与 1 5R

拉曼光谱方法研究SiC晶体的晶型

本文采用拉曼光谱方法对改进Lely生长法制备的SiC单晶的结构进行了分析,结果表明:晶体的结构为6H,样品的内部缺陷较多,其中存在4H-SiC。另外我们还测量了SiC晶体的高阶拉曼谱,并对其进行了分析归属。从分析结果来看拉曼光谱是研究SiC的晶体结构和生长质量有效快捷的方法。

HOLLIAS-LEC G3 PLC在SiC晶体生长炉控制系统中的应用

作为一种新型的半导体材料．SiC（碳化硅）以其优良的物理化学特性和电特性成为制造短波长光电子器件、高温器件、抗辐照器件和大功率／高额电子器件最重要的半导体材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时．SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。

SiC晶体测温判读技术研究

针对航空发动机热端部件表面温度准确测量的需求,开展了SiC微型晶体测温判读技术研究。采用中子辐照技术破坏SiC晶体的有序结构,使晶体内部产生缺陷,再通过退火处理消除晶体内部缺陷。拉曼光谱分析结果表明,晶体内部残余缺陷浓度随着退火温度的升高而降低。X射线衍射结果显示,样品的衍射角和半高宽分别随退火温度的升高以近似线性的趋势增大和降低。根据晶格参数可以得到温度标定数据库与标定曲线。采用Matlab编写了SiC晶体测温判读软件,判读软件的测温范围为500~1400℃,判读误差为0.447%。

SiC晶体测温技术研究

针对航空发动机结构复杂和工况条件苛刻的问题,研究基于SiC晶体材料的测温技术,解决航空发动机燃烧室、涡轮和尾喷管等高温部件的测温难题。选取国产6H-SiC晶体作为材料,进行6H-SiC晶体的中子辐照。研究晶体测温的温度判读方法,提出X射线衍射峰半高宽作为温度判读参数,测量温度可达1 600℃,测量精度达到1%,比国外晶体测温技术的测温范围更高。该测温技术具有微尺寸、微质量、无引线的非侵入式优点,可用于航空发动机及燃气轮机的高温测量。

飞秒激光在SiC晶体中制备高温环境用光栅

为了研究SiC晶体光学方面的应用,利用飞秒激光冷加工的特点,对SiC晶体进行精微加工,研究了激光脉冲功率和扫描速率对光栅单元的影响,选取适合SiC晶体飞秒加工的工作条件,分别在晶体表面与内部加工出高质量的光栅。对加工好的光栅进行衍射通光实验,计算其各级衍射角,从而验证加工好的光栅周期;并在1300℃高温下进行退火实验,退火前后,光栅参量无明显变化。结果表明,该光栅适合在高温环境下使用。

大芯片电源器件用量产型SiC晶体膜生长装置

日本罗姆（口一ム）公司将京都大学和东京电子（东京工しクト口ソ）公司共同开发的外延膜（晶体膜）生长装置的量产型试制装置用于硅碳化物（SiC）的研究开发用样品制作中。能够生长品质稳定的膜，因而，以往公司外供给困难的大芯片面积的电源器件的试制成为可能。

飞秒激光在6H SiC晶体表面制备纳米微结构

激光诱导周期性纳米微结构在多种材料包括电介质、半导体、金属和聚合物中观察到。研究了800nm和400nm飞秒激光垂直聚焦于6H SiC晶体表面制备纳米微结构。实验观察到800nm和400nm线偏光照射样品表面分别得到周期为150nm和80nm的干涉条纹,800nm圆偏振激光单独照射样品表面得到粒径约100nm的纳米颗粒。偏振相互垂直的800nm和400nm激光同时照射晶体得到粒径约100nm的纳米颗粒阵列,该纳米阵列的方向随400nm激光强度增加而向400nm偏振方向偏转。利用二次谐波的观点对以上纳米结构的形成给出了解释。

3ω方法测量各向异性SiC晶体的导热系数

碳化硅晶体具有很高的导热系数,能够在高温下操作,作为有希望用于微电子机械系统的材料,引起了人们的广泛关注。本文使用3ω方法测量了各向异性材料碳化硅晶体三个不同方向的导热系数。在碳化硅晶体样品的表面布置三个位置不同,一定尺度和形状的微型Au金属探测器。每个微型Au金属探测器的温度波动情况包含样品不同方向的热信号。根据谐波法测量原理和各向异性材料碳化硅晶体的导热特性,可得到碳化硅晶体样品x,y和z方向的导热系数。使用所设计的微型金属探测器结构,首次可同时获得各向异性材料三个方向的导热系数。

QORVO新推GAN-ON-SIC晶体管提高战术和公共安全电台的效率和带宽

Qorvo，Inc．推出新的50VGaN-on-SiC晶体管系列——QPD1004、QPD1014和QPD1011，该晶体管系列可以提高性能、增强功能，并加快任务关键型战术和公共安全电台的开发速度。这些晶体管针对宽带应用进行过输入匹配处理，并且尺寸小巧，可以实现尺寸更小的新一代通信设备。

水下大功率高速电机SiC MOSFET逆变器设计及对比

随着“深远海”及高机动性、隐蔽性应用目标的提出,未来水下航行器动力系统需具备更高的转速、功率密度和效率。文中针对传统Si基功率器件在水下高速大功率电机应用中,由于开关性能限制,存在电机换相周期内斩波次数不够,给电机带来较大的转矩脉动和损耗的问题,首先对功率器件损耗进行分析,在PSpice中建立仿真模型,对比了不同开关频率及温度下SiC金氧半场效晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)损耗,并在Simulink中对比了不同开关频率下电机转矩脉动。利用SiC功率器件开关频率高、开关损耗低等优点,将SiC MOSFET应用于水下航行器大功率高速电机逆变器模块,对软硬件进行设计,并与IGBT逆变器进行效率对比,同时分析了SiC MOSFET在高频下对电机转矩脉动的影响,为SiC MOSFET在水下航行器中应用提供有益借鉴。

SiC JFET SJEP120R063特性分析及其在逆变器中的应用

介绍了SiC JFET SJEP120R063的工作特性,由于该器件正向损耗低,可有助于提高大功率逆变电路的开关频率和工作效率。设计了采用SJEP120R063实现的三相逆变器,并进行了实验研究,结果表明用具有较小的导通电阻和正向损耗的SJEP120R063,逆变器的工作效率可以提高到98%。

附加碳源对SiC单晶生长过程的影响(英文)

研究了用物理气相传输(PVT)法制备SiC单晶的过程中附加碳源对晶体生长速度及缺陷的影响,并将活性炭与SiC粉末一起加入到石墨坩埚中进行晶体生长。用XRD分别测定了晶体生长前后坩埚与活性炭的石墨化度,并用光学显微镜观察了晶体中的缺陷。结果表明,随晶体生长过程的进行石墨坩埚的活性降低,直接导致晶体生长速度减慢,并使籽晶表面Si液相形成的可能性增大,与Si液相相关的缺陷增多。活性炭的加入给生长过程提供了充足的碳源,提高了晶体的生长速度,并抑制了籽晶表面Si液相的形成,从而降低了与Si液相相关缺陷出现的几率。

大尺寸电阻加热式碳化硅晶体生长热场设计与优化

大尺寸低缺陷碳化硅(SiC)单晶体是功率器件和射频(RF)器件的重要基础材料,物理气相传输(physical vapor transport,PVT)法是目前生长大尺寸SiC单晶体的主要方法。获得大尺寸高品质晶体的核心是通过调节组分、温度、压力实现气相组分在晶体生长界面均匀定向结晶,同时尽可能减小晶体的热应力。本文对电阻加热式8英寸(1英寸=2.54 cm)碳化硅大尺寸晶体生长系统展开热场设计研究。首先建立描述碳化硅原料受热分解热质输运及其多孔结构演变、系统热输运的物理和数学模型,进而使用数值模拟方法研究加热器位置、加热器功率和辐射孔径对温度分布的影响及其规律,并优化热场结构。数值模拟结果显示,通过优化散热孔形状、保温棉的结构等设计参数,电阻加热式大尺寸晶体生长系统在晶锭厚度变化、多孔介质原料消耗的情况下均能达到较低的晶体横向温度梯度和较高的纵向温度梯度。

基于RSM的SiC单晶片切割过程多目标优化

SiC单晶体是一种高硬度、高脆性的难加工材料,其切割过程中的工艺参数对切割表面质量、锯切力以及线锯使用寿命有重要的影响。以线锯速度、工件进给速度和工件转速为设计因子进行三因子三水平的中心复合试验设计,采用响应曲面法对试验结果进行分析,分别建立表面粗糙度、锯切力和线锯寿命的响应面模型,获得了三个单目标优化的切割工艺参数。同时根据响应面模型,建立了表面粗糙度、锯切力和线锯寿命同时达到均衡优化的模型,根据满意度函数方法,得到最佳的切割工艺参数。多目标优化结果表明:当SiC切片表面粗糙度的预测值为0.6951μm,锯切力预测值为2.665 15 N,线锯寿命预测值为519.87 min时,获得了最佳的切割工艺参数。