高纯半绝缘4H-SiC单晶的生长

使用物理气相传输方法(PVT)制备了直径为3英寸、非故意深能级杂质(如:钒)掺杂的半绝缘4H-SiC晶体.使用二次离子质谱(SIMS)、拉曼光谱面扫描、非接触电阻率测试面扫描和高分辨XRD摇摆曲线对衬底的浅能级和两性深能级杂质的浓度、衬底晶型、衬底电阻率和衬底结晶质量进行了表征.结果表明,衬底全部面积电阻率大于4×109 Ω·cm,钒浓度低于探测限,这表明浅能级杂质浓度已经低至可以被本征缺陷引入深能级完全补偿范围;拉曼光谱结果表明衬底4H-SiC晶型面积比例为100;;(004)衍射面高分辨X射线摇摆曲线半宽仅25秒,表明了衬底良好的结晶质量.使用上述高纯半绝缘衬底制备的高电子迁移率器件(HEMT)具备良好的电学性质.     

8英寸导电型4H-SiC单晶衬底制备与表征

使用物理气相传输法(PVT)通过扩径技术制备出直径为209 mm的4H-SiC单晶,并通过多线切割、研磨和抛光等一系列加工工艺制备出标准8英寸SiC单晶衬底。使用拉曼光谱仪、高分辨X射线衍射仪、光学显微镜、电阻仪、偏光应力仪、面型检测仪、位错检测仪等设备,对8英寸衬底的晶型、结晶质量、微管、电阻率、应力、面型、位错等进行了详细表征。拉曼光谱表明8英寸SiC衬底100%比例面积为单一4H晶型;衬底(004)面的5点X射线摇摆曲线半峰全宽分布在10.44″~11.52″;平均微管密度为0.04 cm^-2;平均电阻率为0.020 3 Ω·cm。使用偏光应力仪对8英寸SiC衬底内部应力进行检测表明整片应力分布均匀,且未发现应力集中的区域;翘曲度(Warp)为17.318 μm,弯曲度(Bow)为-3.773 μm。全自动位错密度检测仪对高温熔融KOH刻蚀后的8英寸衬底进行全片扫描,平均总位错密度为3 293 cm^-2,其中螺型位错(TSD)密度为81 cm^-2,刃型位错(TED)密度为3 074 cm^-2,基平面位错(BPD)密度为138 cm^-2。结果表明8英寸导电型4H-SiC衬底质量优良,同比行业标准达到行业先进水平。     

高品质6英寸N型4 H-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″.     

p型4H-SiC单晶衬底表征及第一性原理计算

p型4H-SiC是制备高功率电力电子器件的理想衬底材料,但由于工艺技术的制约,国内尚无能力生产高质量、大尺寸、低电阻的p型4H-SiC单晶衬底。本文使用物理气相传输(PVT)法制备了直径为4英寸(1英寸=2.54 cm)Al掺杂的p型4H-SiC单晶衬底。通过KOH腐蚀表征样品位错密度,使用高分辨X射线衍射(HRXRD)表征其晶体质量,利用拉曼光谱扫描确定其晶型,采用非接触式电阻测试仪测试其电阻率。结果表明,衬底整体位错密度较低,结晶质量良好,晶型稳定且衬底全片电阻率小于0.5 Ω·cm。通过第一性原理平面波超软赝势方法对本征4H-SiC及Al元素掺杂后样品的体系进行能带结构、电子态密度的计算。结果表明Al掺杂后样品禁带宽度减小,费米能级穿过价带,体现出p型半导体的特征。研究结果为大规模生产高质量、低电阻的p型4H-SiC衬底提供思路。     

Ti掺杂6H-SiC电学性质研究

使用物理气相传输方法(PVT)制备了2英寸Ti掺杂与非故意掺杂6H-SiC衬底,并对衬底进行热处理.使用拉曼光谱仪、低温光致发光谱(LTPL)和非接触电阻率测试对衬底晶型、掺杂元素和电阻率进行了表征.结果表明,Ti元素有效掺入6H-SiC中,Ti掺杂对PVT方法生长的6H-SiC衬底晶型稳定性无影响,Ti掺杂衬底与非故意掺杂衬底均为6H-SiC,热处理后Ti掺杂衬底电阻率达到1010～1011Ω·cm.初步认为Ti掺杂衬底热处理过程中产生的大浓度碳空位Vc是引起Ti掺杂样品电阻率上升的主要原因.     

高质量半绝缘Φ150mm 4H-SiC单晶生长研究

采用数值模拟研究PVT法Φ150 mm 4H-SiC单晶生长的功率、频率选择、坩埚位置及保温厚度等关键生长参数.研究表明Φ150 mm 4H-SiC单晶生长功率是2inch 4H-SiC生长功率的2倍,优化的加热频率在5 kHz以下,系统分析不同生长参数下生长腔内径向及轴向温度梯度的变化规律.在此基础上初步的进行了Φ150 mm 4H-SiC单晶的生长工作,获得了无裂纹、直径完整的高质量SiC衬底材料.拉曼光谱Mapping测量显示Φ150 mm SiC衬底全片无多型,均为4H-SiC晶型.X光摇摆曲线显示半宽小于30 arcsec.采用掺杂过渡金属V杂质,获得了电阻率超过5×109 Ω·cm的150mmSiC衬底.     

宽禁带半导体碳化硅单晶生长和物性研究进展

本文介绍了最近几年在SiC单晶生长和晶片加工技术产业化进程中的系列进展。研究出SiC单晶生长的扩径技术,4英寸SiC晶体单晶直径达105 mm。晶体质量逐步提高,至2011年,大部分晶片微管密度小于1个/cm2,反映晶体结晶质量的X射线摇摆曲线半高宽小于20″;生长的导电型SiC晶体电阻率小于0.02Ω.cm,半绝缘型SiC晶体电阻率大于108Ω.cm,电阻率分布均匀性良好。研究出即开即用SiC晶片批量加工技术,晶片表面粗糙度低于0.2 nm,翘曲度和总厚度变化满足工业化批量生产要求。与此同时,在基础物性研究方面也取得了系列研究成果。首次在实验上给出了直接证据证明SiC晶体中的双空位能够诱导出磁性,并从理论上予以证明。利用多种方法在SiC衬底上成功制备出大面积、高质量、性能优异的石墨烯。     

高质量N型SiC单晶生长及其器件应用

采用物理气相传输法在(0001)面偏向<11-20>方向4°的籽晶上生长了掺氮低电阻率碳化硅(SiC)单晶.结合碳化硅邻位面生长机制,通过优化温场设计,在近平温场下生长出了晶型稳定、微管密度低、高结晶质量的低电阻率4H-SiC单晶.在加工的“epi-ready”SiC衬底上进行了同质外延,获得了光滑的外延层表面.利用该外延材料研制了600V/10 A SiC肖特基二极管,器件的直流性能与进口衬底结果相当,反向漏电成品率高达67;.另外研制了600 V/50 A SiC肖特基二极管,器件的直流性能也达到了进口衬底水平.     

α-Al2O3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.     

半绝缘SiC单晶生长和表征

使用升华法生长碳化硅(SiC)单晶,借助数值模拟方法优化温场,在不同条件下分别获得单一晶型的4H-SiC和6H-SiC单晶,利用拉曼光谱进行表征。采用V掺杂的方法,制备半绝缘SiC单晶,使用非接触式电阻率测试仪进行了测试,并对4H-SiC和6H-SiC电阻率进行了比较和分析。     

4H-SiC同质外延生长及Ti/4H-SiC肖特基二极管

利用台阶控制外延生长技术在偏晶向Si-面衬底上进行了4H-SiC的同质外延生长研究,衬底温度为1500℃,在厚度为32μm、载流子浓度为2～5×1015cm-3的外延材料上制备出了反向阻塞电压大于1kV的Ti/4H-SiC肖特基二极管,二极管的正向与反向电流的整流比(定义偏压为±1V时的电流比值)在室温下超过107,在265℃的温度下超过102,在20～265℃的温度范围内,利用电流电压测量研究了二极管的电学特性,室温下二极管的理想因子和势垒高度分别为1.33和0.905eV,开态电流密度在2.0V的偏压下达到150A/cm2,比开态电阻(Ron)为7.9mΩ·cm2,与温度的关系遵守Ron～T2.0规律.     

Dy掺杂Ca1-x Dyx MnO3(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料的Rietveld精修及高温热电性能研究

本文采用共沉淀法制备Dy掺杂Ca_1-xDy_xMnO₃(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料,通过X射线衍射对热电材料进行物相结构表征,利用Rietveld粉末衍射全谱拟合方法对X射线衍射数据进行精修得到Dy掺杂Ca_1-xDy_xMnO₃(x=0,0.02,0.03,0.05,0.10)热电材料的精细结构,利用标准四探针法测试高温热电性能.Rietveld精修结果表明,随着Dy掺杂量的增加,CaMnO₃样品的晶胞参数及晶胞体积逐渐变大.对应的电阻率测量结果表明,掺杂样品的电阻率随着Dy掺杂量的增加而减小.其中Ca_0.9Dy_0.1MnO₃的室温电阻率最低,为6.7×10^-5 Ω·m,是未掺杂CaMnO₃的1/6倍.     

高分辨X射线衍射法研究碳化硅单晶片中的多型结构

我们采用高分辨X射线衍射法对SiC单晶片中的多型结构进行了研究,研究发现在以4H-SiC为籽晶的晶体生长过程中,4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC出现两相共存或三相共存现象.在单相、两相或三相共存区,X射线摇摆曲线具有明显不同的特征.根据多型结构,可以对摇摆曲线中的衍射峰进行鉴定.     

低位错密度4 inch GaSb(100)单晶生长及高质量衬底制备

采用液封直拉法(LEC)生长了4 inch直径(100)GaSb单晶并进行了衬底晶片的加工制备.通过优化热场,可重复生长出非掺和掺Te 整锭(100)单晶,单晶锭的重量为5~8 kg, 成晶率可达80;以上.4 inch(100)晶片大部分区域的位错腐蚀坑密度小500 cm-2,其(004)双晶衍射峰的半峰宽为29弧秒,表明晶片衬底的完整性相当好.晶体生长过程中固液界面较为平坦,因而晶片表现出良好的横向电学均匀性.经研磨和机械化学抛光,制备出具备良好平整度和表面粗糙度的开盒即用衬底晶片.通过控制本征受主缺陷浓度和掺杂浓度,制备出具有良好近红外透光率的n型GaSb单晶衬底.     

4 inch低位错密度InP单晶的VGF生长及性质研究

采用高压垂直温度梯度凝固法(VGF)生长了非掺、掺硫和掺铁的4 inch直径(100)InP单晶,获得的单晶的平均位错密度均小于5000 cm-2.对4 inch InP晶片上进行多点X-射线双晶衍射测试, 其(004)X-射线双晶衍射峰的半峰宽约为30弧秒且分布均匀.与液封直拉法(LEC)相比, VGF-InP单晶生长过程的温度梯度很低,导致其孪晶出现的几率显著增加.然而大量晶体生长结果表明VGF-InP晶锭上出现孪晶后,通常晶体的生长方向仍为(100)方向,这确保从生长的4 inchVGF-InP(100)晶锭上仍能获得相当数量的2~4 inch(100)晶片.由于铁在InP中的分凝系数很小,掺Fe-InP单晶VGF生长过程中容易出现组份过冷,导致多晶生长.通过控制生长温度梯度及掺铁量,可获得较高的掺铁InP单晶成晶率.对VGF-InP单晶的电学性质、位错密度及位错的分布特点、晶体完整性等进行了研究.     

添加CaSO4·2H2O为晶种制备磷石膏半水硫酸钙晶须

以固体废弃物磷石膏为原料,在传统常压醇水热法的基础上添加CaSO₄·2H₂O为晶种制备半水硫酸钙晶须。采用单因素试验法探究了晶种含量、丙三醇含量和磷石膏质量分数对晶须结构和形貌的影响,确定晶须的最佳制备工艺条件。采用SEM和XRD对样品进行表征分析,实验结果表明:添加CaSO₄·2H₂O晶种制备晶须的长径比(49.29)比只添加丙三醇的样品的长径比(30.99)提高了近60%;当丙三醇与水的体积比(V)为1、晶种含量为1%、磷石膏质量分数为5%时制备的晶须的平均直径为0.65 μm,长径比达到了62.15,晶须的尺寸均匀。这说明添加1%CaSO₄·2H₂O晶种、V为1的丙三醇和质量分数为5%的磷石膏在常压下能制备出高长径比和尺寸均匀的半水硫酸钙晶须。     

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15R-SiC的掺氮效应相似.     

Growth of PBI2 single crystals from stoichiometric and Pb excess melts

We have successfully grown high-purity and -quality PbI₂ single crystals by the vertical Bridgman method. The rocking curves of four-crystal X-ray diffraction (XRD) show 120 arcsec in full-width at half-maximum (FWHM). The photoluminescence (PL) spectra at 7.8 K show the resolved intensive exciton emission line and the weak DAP emission band. The deep-level emissions are not observed. The measurement of the electrical and radiographic properties show that Leadiodide (PbI₂) single crystal has a resistivity of 5×10¹⁰ Ω cm and imager lag is 8 s, respectively. In order to improve the controllability of crystal growth, PbI₂ single crystals were also grown from a lead (Pb) excess PbI₂ source. The experimental results show very good reproducibility. In addition, the growth models of crystal are proposed, and the growth mechanism is discussed.