物理气相传输(PVT)法生长碳化硅的晶体形态热应力分析

利用有限元方法对物理气相传输(PVT)法生长碳化硅晶体过程中出现的3种典型生长形态进行了热应力分析.结果表明:在3种晶体生长形态中,热应力最大值都出现在晶体与石墨坩埚盖接触区域;平面型生长形态中温度场及相应的热应变场和等效应力场分布均比较均匀;凸面型和凹面型生长形态的温度场及相应的热应变场和等效应力场分布均变化较大,而且在凸面型的中间区域和凹面型的边缘区域也存在较大的应力值.因此,为提高晶体质量,提出在石墨坩埚盖上沉积或反应生成碳化硅过渡层来减小热应力的改良方法,同时调整碳化硅晶体生长系统,尽量保证碳化硅晶体的平面型生长形态.

PVT法生长大尺寸CdS单晶中的孔洞研究

CdS单晶是一种电学和光学性能优异的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体材料,近年受到人们的广泛关注。但是大尺寸CdS单晶在生长过程中易形成孔洞缺陷,质量难以控制,使其电学性能不稳定,制约着晶体的实际应用。采用物理气相传输(PVT)法成功地生长了尺寸为55 mm×15 mm的CdS单晶,对CdS单晶中孔洞产生的过程、孔洞形成的原因进行了分析和研究,进而提出了改进的CdS晶体生长技术,降低了晶体孔洞缺陷的密度,提高了CdS晶体的质量。在25~300 K,对采用改进生长方法生长的大尺寸CdS单晶进行了霍尔迁移率、载流子浓度和电阻率等测试,其迁移率最高可达7 000 cm2·V^-1·s^-1,为大尺寸CdS单晶在器件中的实际应用提供了重要的数据支撑。

6英寸高纯半绝缘SiC生长技术

利用自蔓延法进行SiC粉料合成、物理气相传输法进行6英寸(1英寸=2.54 cm)高纯半绝缘(HPSI)SiC晶体生长。采用高温下通入HCl和H2的方法,对SiC粉料合成及晶体生长所使用的石墨件和石墨粉进行前处理,该方法可有效降低系统中N、B和Al等杂质的背景浓度,提高SiC晶体的电阻率。使用二次离子质谱(SIMS)法对获得的晶体进行杂质浓度检测。检测结果表明,N和Al的浓度均小于检测极限(分别为1×10^16和1×10^14 cm^-3),B的浓度为4.24×10^14 cm^-3。对晶体进行切片和抛光后得到的晶片进行测试。测试结果表明,整个晶片所有测试点的电阻率均在1×10^8Ω·cm以上,微管密度小于0.2 cm^-2,X射线摇摆曲线半高宽为28 arcsec。使用该方法成功制备了6英寸高纯半绝缘4H-SiC晶体。

高纯半绝缘SiC电阻率影响因素

采用物理气相传输(PVT)法进行高纯半绝缘SiC晶体生长,利用高温真空解吸附以及在系统中通入HCl和H2的方法,有效降低了系统中N、B和Al等杂质的背景浓度。使用二次离子质谱(SIMS)对晶体中杂质浓度测试,N、B和Al浓度分别小于1×1016、1×1015和2×1014 cm-3。对加工得到的晶片进行测试,全片的电阻率均在1×1010Ω·cm以上,微管密度小于0.02 cm-2,(004)衍射面的X射线摇摆曲线半高宽为34″。结果表明,该方法可以有效降低SiC晶体中N、B和Al等杂质浓度,提升SiC晶片的电阻率。使用该方法成功制备了4英寸(1英寸=2.54 cm)高纯半绝缘4H-SiC晶体。

AlN单晶衬底的制备及研究进展

氮化铝(AlN)作为直接带隙半导体且禁带宽度为6.2 eV,使其在深紫外光电子器件(如半导体激光器、日盲光探测器等)、高频大功率射频器件等领域具有广泛的应用前景,而高性能器件的实现需要高质量AlN衬底作为基础。对AlN材料的基本性质进行了阐述,着重对AlN单晶衬底的制备方法进行了介绍:物理气相传输法(PVT)、氢化物气相外延法(HVPE)和基本元素气相沉积法(EVPE),并对AlN材料在光学、电学、化学、磁学领域的应用进行了展望。

大尺寸碳化硅单晶生长环境研究

针对基于物理气相输运法的碳化硅(SiC)单晶生长系统,考虑对流换热的影响建立了传热与传质数学模型,并采用数值模拟的方法研究了其生长系统内的温度场与气相流场。研究表明:坩埚内温度、温度梯度以及加热效率随线圈匝间距与线圈直径的增加而逐渐降低。旋转坩埚可有效解决因线圈螺旋形状而导致的温度场不均匀性。通过不断调整线圈与坩埚之间的相对高度,可保证高品质晶体生长所需的最优温度场环境。此外,坩埚内径尺寸的增加,会加剧其内部自然对流效应。

物理气相传输法制备层状MoS_2薄膜

以化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石衬底上沉积一层较厚的MoS_2膜作为前驱体,使用物理气相传输(PVT)方法制备了层状MoS_2薄膜。用光学显微镜、扫描电子显微镜、喇曼光谱和光致发光光谱对制备的层状MoS_2膜表面形貌、层数、光学特性进行了研究。分析了源和衬底距离对MoS_2薄膜沉积的影响,发现距离较近有利于成核概率增大,形成连续膜,但是易引入不稳定因素导致立体生长的MoS_2纳米片,同时观察到出现树枝状生长,这是由于前驱体质量过剩引起的部分晶面生长速率过高导致的。喇曼光谱测试表明,薄膜大部分为单层膜和双层膜,有少量的多层膜,膜的光致发光光谱强度与层数有关,单层膜光致发光光谱强度最强。

采用偏振喇曼光谱研究AlN晶体(110)面的各向异性

采用平行及垂直配置下的偏振散射装置,对物理气相传输(PVT)法同质籽晶生长的六方AlN晶体进行偏振喇曼研究,测量了激发光偏振方向与光轴成不同角度时各个振动模的偏振喇曼光谱,得到不同振动模式的喇曼信号强度变化。结果表明,对于A1(TO)和E1(TO)振动模,在平行及垂直偏振配置下,其喇曼强度曲线的变化周期均为π/2,相位差均为π/4;对于E■振动模,在平行和垂直偏振配置下,其喇曼强度曲线的变化周期分别为π及π/2。通过喇曼选择定则及实验数据拟合分析得到AlN晶体各个振动模的喇曼张量比,其中,A1(TO)、E1(TO)和E■振动模的喇曼张量比为ZnO的2~3倍。垂直偏振配置下,AlN晶体的喇曼张量比远大于4H-SiC材料,为4~7倍,表明AlN晶体具有更强的各向异性,为纤锌矿结构材料的各向异性研究提供依据。

A fast method to diagnose phase transition from amorphous to microcrystalline silicon

A series of hydrogenated silicon thin films were prepared by the radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition method (RF-PECVD) with various si-lane concentrations. The influence of silane concentration on structural and elec-trical characteristics of these films was investigated to study the phase transition region from amorphous to microcrystalline phase. At the same time,optical emis-sion spectra (OES) from the plasma during the deposition process were monitored to get information about the plasma properties,Raman spectra were measured to study the structural characteristics of the deposited films. The combinatorial analysis of OES and Raman spectra results demonstrated that the OES can be used as a fast method to diagnose phase transition from amorphous to microcrystalline silicon. At last the physical mechanism,why both OES and Raman can be used to diagnose the phase transition,was analyzed theoretically.

籽晶处理工艺对物理气相传输法生长SiC单晶的影响

将块体SiC单晶中切割下的晶片经研磨、抛光和腐蚀不同工艺处理后作为籽晶,用物理气相传输法生长SiC晶体,生长时间为10min。用光学显微镜观察晶片生长前后的形貌,讨论了不同处理工艺籽晶对晶体生长的影响。结果表明,研磨和抛光可以去除晶体切割时产生的凹坑和划痕,但残留的研磨变质层和抛光导致的机械损伤层可诱导晶片在高温晶体生长时产生多晶成核,腐蚀可以去除研磨和抛光时产生的机械损伤层,用腐蚀后的晶片作为籽晶,生长的晶体表面光滑,并且能够很好地复制籽晶的结构。