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。

PVT法制备SiC单晶的研究进展

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料,具有相比于第一、二代半导体更优异的特性,在微电子、光电子等领域有着重要的应用价值。制备得到高质量、大尺寸的SiC单晶是实现其产业应用的前提。PVT法生长SiC单晶是现今的主流生长方法。总结了PVT法生长SiC单晶的四个主要影响因素的研究进展,拟在寻找未来的研究和发展方向。

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。

大尺寸6H-SiC半导体单晶材料的生长

报道了生长SiC单晶的PVT法生长工艺,研究了晶体生长温度、温度梯度、生长室压力、杂质等因素对晶体生长和晶体质量的影响,确定出合理的工艺条件,生长出φ45mmSiC单晶.X射线衍射表明,生长的单晶为6H多型结构,通过腐蚀法得到晶体中微管道密度约为103cm-2,位错密度约为104～105cm-2.测试了SiC单晶的半导体特性,结果表明:晶体为n型,电阻率约300Ω·cm,迁移率90cm2V-1S-1,载流子浓度在1014cm-3量级.

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。

生长4H-SiC单晶用粉料的合成

采用自蔓延法分别在竖直式反应腔室和水平滚筒式腔室中合成单晶生长用高纯SiC粉料,并使用所合成的高纯SiC粉料进行4H-SiC单晶生长。采用堆积密度测试、XRD、Raman和GDMS检测的方式研究了粉料晶向、晶型和纯度等特性,并对生长的4H-SiC单晶形貌和晶型进行表征,验证合成粉料的适用性。结果表明,将高纯SiC粉料合成过程放在水平滚筒式腔室中进行,合成的SiC粉料晶型稳定,结晶质量好,符合生长4H-SiC单晶的需求;对比竖直式反应腔室,水平滚筒式腔室的合成效率由87.8%提升到98.7%。

高品质6英寸N型4H-SiC单晶生长研究

PVT法生长SiC单晶生长腔的温场分布是影响晶体质量的重要因素。采用数值模拟研究了保温层和坩埚结构以及线圈位置对6英寸SiC晶体生长温场的影响,优化出了适合高品质6英寸SiC晶体生长温场分布,在此条件下生长无裂纹的6英寸N型4H-SiC晶体。用高分辨率X射线衍射、拉曼光谱和缺陷检测系统对所加工的SiC衬底片的质量进行了表征。测试结果表明,晶型为单一的4H-SiC,微管密度小于1 cm^-2,电阻率范围为0.02~0.022Ω·cm,X射线摇摆曲线半高宽为21.6″。

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。

SiC单晶生长炉的压力控制系统设计

该文通过对SiC单晶生长工艺和设备的研究,重点分析研究了压力对SiC单晶生长的影响,并给出了压力可靠运行参数和方案,满足SiC单晶生长工艺的稳定和实验重复性的要求。

PVT法AlN晶体生长模式调控研究

物理气相传输(PVT)法制备AlN晶体时,亚晶的产生会降低晶体质量,甚至多晶化。本文通过调节热/动力学生长条件,研究AlN晶体中亚晶产生及变化规律,提出抑制方法调控生长模式。实验结果表明,大的温度波动导致晶体表面气相物质过饱和度波动变大,增加高指数晶面的形成概率,这些晶面因非一致性难以实现完美聚并。本文还研究了稳定温场条件下,气相物质输运对生长模式的影响。实验及模拟结果显示,传统坩埚内气相物质由晶体边缘向中心迁移,与台阶方向相反,晶体表面易演变成混合生长模式。通过设计的新型坩埚,实现气相物质顺台阶流方向迁移,满足层状可控生长的基本条件。在2 200~2 300℃下,随温度降低,晶体呈c轴优势生长,侧向扩展能力降低;随温度升高,侧向扩展能力变强,但晶体表面高指数晶面形成概率增加;温度约2 250℃时,两者达到平衡,适合亚晶的抑制和消除。结合BCF理论分析,降低过饱和度可增强螺旋位错驱动生长的二维平铺能力,并增大台阶宽度,有利于将亚晶界分散融入台阶流中。优化后的实验,促进了生长模式向螺旋位错驱动生长模式的转变,亚晶逐渐被湮灭,获得高质量AlN晶体,其(0002)面的X射线单晶摇摆曲线半峰全宽为58″,拉曼谱的E_2(High)半峰全宽为3.3 cm^(-1),位错密度为2.87×10^(3) cm^(-2)。

固态照明中SiC衬底材料产业化关键问题的研究

半导体照明行业已形成数百亿美元的产业规模,其中SiC衬底材料具有非常优异的性能,特别适合制造低能耗、大功率、长寿命的照明器件。本文主要围绕物理气相传输法(PVT)产业化制备大尺寸、低缺陷SiC晶体所需解决的4个关键问题展开研究讨论:高纯原料的制备提纯、热场的精确模拟、晶体缺陷的控制以及大尺寸SiC晶体的制备,最终实现高质SiC晶体材料的产业化建设和批量生产能力,为我国固态照明的发展提供关键的核心材料。

SiC单晶生长技术研究现状

本文回顾了碳化硅单晶材料的发展历程和研究现状。主要讨论了物理气相传输法、高温化学气相沉积法(HTCVD)、液相法等SiC晶体生长方法,针对每种生长方法,阐述了其生长原理及研究现状。