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。

SiC籽晶表面状态对晶体质量的影响

为了研究表面状态对晶体质量的影响,本文分别采用腐蚀后抛光与未抛光的晶片作为籽晶,利用金相显微镜对所得晶体进行了显微观察,结果表明:经过腐蚀后抛光的籽晶生长出的晶体质量高于未抛光籽晶所得晶体;生长前端的位错尺寸以及数量小于未抛光籽晶,说明抛光去除了部分表面浅的缺陷腐蚀坑,同时减小深腐蚀坑的尺寸,使得籽晶生长表面的缺陷密度和尺寸大大降低,有助于减少后期生长的晶体中的缺陷密度,提高结晶质量。

偏晶向SiC籽晶上生长的AlN单晶

采用物理气相传输法在自制[0001]偏8°晶向6H-SiC衬底上制备了直径42 mm、厚度320μm的连续AlN单晶层,c轴方向生长速率为32μm/h。AlN单晶层具有明显鱼鳞状宏台阶流生长表面特征。裂纹完全单向平行分布,且与台阶走向一致,其成因与台阶对热应力的吸收作用有关。未发现明显的穿线缺陷。发现AlN-SiC界面存在双角锥空腔,其起因是生长初期界面处未被AlN完全密实覆盖的微小区域,在生长过程中因内部温差不断发生的升华和凝华的自我调制过程。喇曼光谱和X射线衍射测试显示该层结晶性较好,(0002)面X射线摇摆曲线半高宽为76 arcsec,喇曼光谱E1(TO)模的半高宽为7.5 cm-1。

籽晶粘接工艺对SiC单晶生长质量的影响

空洞等缺陷是SiC晶体生长中常见的缺陷之一。通过改进SiC籽晶粘接工艺,在SiC籽晶和籽晶托之间形成致密层,有效抑制了空洞缺陷的产生,改善了SiC晶体的结晶质量。采用该工艺生长的SiC晶体内已观察不到空洞缺陷,微管密度也得到抑制,晶体半峰宽40″,结晶质量良好。

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%.

SiC籽晶背面镀膜对生长晶体品质的影响

在SiC单晶生长过程中,与籽晶背面升华有关的热分解腔等缺陷的形成严重影响了生长晶体的品质。本文介绍一种可以有效防止籽晶背面升华的预处理方法,即在粘贴籽晶之前,用直流反应溅射法在籽晶背面镀一层均匀、致密的耐高温薄膜TiN。实验结果表明,用这种方法生长的晶体中未发现热分解腔和六方空洞,而且微管密度也有所降低。

高温溶液法生长SiC单晶的研究进展

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料,不仅禁带宽度较大,还兼具热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射性能强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性,在高温、高频、高功率电力电子器件和射频器件中有很好的应用潜力。高质量、大尺寸、低成本SiC单晶衬底的制备是实现SiC器件大规模应用的前提。受技术与工艺水平限制,目前SiC单晶衬底供应仍面临缺陷密度高、成品率低和成本高等问题。高温溶液生长(high temperature solution growth,HTSG)法生长SiC单晶具有晶体结晶质量高、易扩径、易实现p型掺杂等独特的优势,有望成为大规模量产SiC单晶的主要方法之一,目前该方法的主流技术模式是顶部籽晶溶液生长(top seeded solution growth,TSSG)法。本文首先回顾总结了TSSG法生长SiC单晶的发展历程,接着介绍和分析了该方法的基本原理和生长过程,然后从晶体生长热力学和动力学两方面总结了该方法的研究进展,并归纳了该方法的优势,最后分析了TSSG法生长SiC单晶技术在未来的研究重点和发展方向。

籽晶偏向对高纯半绝缘4H-SiC晶体影响的研究

采用PVT法得到高纯4H-SiC体单晶。研究了0°、1°、4°晶体对晶体台阶流、晶体结晶质量、晶体缺陷、晶体电学性能的影响;晶体台阶流采用奥林巴斯显微镜进行表征,晶体缺陷采用莱卡体系显微镜进行表征,晶体结晶质量采用高分辨XRD进行表征,晶体电学性能采用非接触电阻率测试仪进行表征。实验结果表明:4°籽晶生长的晶体缺陷最少,1°与4°籽晶生长的晶体结晶质量相当,0°籽晶生长的晶体电学性能最均匀。

石墨烯制备新方法及其在场效应晶体管中的应用

石墨烯具有非常优异的电学、热学和力学性质,是一种有重要应用前景的二维新材料。单晶石墨烯具有高于商用硅片几十倍的载流子迁移率(理论可达2×10^5cm^2/V·s)以及优良的电子传输特性,在微纳电子器件领域有着重要应用前景。石墨烯基微纳电子器件的设计及性能提升得益于单晶石墨烯品质的提高,这依赖于制备方法的改进和技术新突破。从石墨烯基本特性出发,介绍了石墨烯的制备和表征方法,以微纳电子器件应用为目的,总结了当前有应用前景的石墨烯制备新方法和新工艺,包括"智能衬底"CVD法"、点籽晶"诱导生长法和"内外碳源协同"法。最后,简单介绍了石墨烯在场效应晶体管中的新应用。

SiC单晶生长的热场模拟及其在籽晶固定方面的应用

热场模拟在物理气相输运法(PVT法)制备SiC单晶工艺的改进中起着重要的作用。实验中发现,SiC晶体生长表面可能会起伏不平,导致生长的晶体质量下降。经分析可知,籽晶固定过程中籽晶背面形成的气孔是造成晶体生长表面起伏不平的主要因素。热场模拟发现,在籽晶背面有气孔处,籽晶生长面温度较高。气孔宽度、籽晶厚度及粘结剂厚度影响籽晶表面气孔中心与气孔边缘的温差。减小气孔、增厚籽晶可有效减小籽晶表面气孔中心与气孔边缘的温差,是改善晶体生长面质量的两个有效途径。