3英寸6H-SiC单晶的生长

SiC是宽带隙半导体材料的典型代表,具有优良的热学、力学、化学和电学性质,不但可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料,同时又是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一,因此高质量、大直径SiC单晶的生长一直是材料研究领域的热点课题。目前美国的Cree公司在SiC单晶生长领域研发方面起步早、投入大,SiC单晶的直径达到4英寸,处于领先地位。我国在“十五”期间投入了一定的人力、物力进行了SiC单晶生长的研究,在生长2英寸SiC单晶的工作中取得了一定的成绩[1],但更大直径的SiC单晶生长技术进展缓慢,至今未见国内报道。而对…     

单晶材料的新发展及其对生长技术的挑战

近年来,宽带隙半导体GaN、SiC、ZnO,弛豫铁电体PZNT,热电半导体β-FeSi2,超导体MgB2等功能晶体材料引起了人们的广泛关注.这些材料大多具有非常优异的性能和巨大的应用前景,但生长工业应用的体单晶非常困难.本文从晶体生长技术角度综述了这些晶体的研究进展,结合其物理化学特性探讨了单晶生长中遇到的一些关键问题.通观这些热点单晶材料的研究现状,一方面我们可以把晶体膜的制备技术看作是传统晶体生长技术的延伸,另一方面,膜技术的发展和单晶生长中存在的问题,也是对传统生长工艺的挑战.     

碳化硅单晶生长用高纯碳化硅粉体的研究进展

碳化硅(SiC)以其宽带隙、高临界击穿场强、高热导率、高载流子饱和迁移率等优点,被认为是目前较具发展前景的半导体材料之一.近年来,物理气相传输(PVT)法在制备大尺寸、高质量SiC单晶衬底方面取得了重大突破,进一步推动了SiC在高压、高频、高温电子器件领域的应用.SiC粉体是PVT法生长SiC单晶的原料,其纯度会直接影...     

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。     

大尺寸碳化硅晶体生长热-质输运过程建模及数值仿真

碳化硅(SiC)电子器件的性能和成本受衬底质量影响,因此生长大直径高品质SiC单晶意义重大。物理气相传输(PVT)法是一种常用的生长方法,但其主要面临热场设计与气流控制问题。本工作对电阻加热PVT法生长150 mm SiC单晶完整过程开展数值仿真研究,建立描述SiC原料热解和再结晶及其多孔结构演变、热-质输运、晶体形貌变化的数理模型,用数值模拟手段研究晶体生长、原料演变与热场变化等过程间的耦合关系。结果显示：原料区侧面高温导致气流不均匀,晶面呈“W”形,原料区底部高温得到均匀气流和微凸晶面;长晶界面通过径向温度变化调节气相组分平衡压力,使晶面生长成等温线形状;晶体生长速率与原料温度、剩余原料量呈正相关。模拟结果与已报道实验结果吻合,对优化生长SiC单晶有指导意义。     

数值模拟顶部籽晶溶液生长法制备单晶碳化硅的研究进展

宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)凭借着其高击穿场强、高热导率、耐高温、高化学稳定性和抗辐射等优异性能,在电力电子器件领域尤其是高温、高频、高功率等应用场景下有着巨大潜力。大尺寸、高质量、低成本的单晶SiC的制备是SiC相关半导体产品规模化应用的前提。顶部籽晶溶液生长(TSSG)法生长的单晶SiC有着晶体质量高、易扩径、易p型掺杂等优势,有望成为制备单晶SiC的主流方法。但目前由于该方法涉及的生长机理复杂,研究者对其内部机理的理解还不够充分,难以对TSSG生长设备和方法进行有效的改进与优化。利用计算机对TSSG法生长单晶SiC生长过程进行数值模拟被认为是对其内部机理探究的有效途径之一。本文首先回顾了TSSG法生长单晶SiC和相关数值模拟分析的发展历程,介绍了TSSG法生长单晶SiC和数值模拟的基本原理,然后介绍了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC模型涉及的主要模块、影响单晶生长的主要因素(如马兰戈尼力、浮力、电磁力等),以及对数值模型的优化方法。最后,指出了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC在未来的重点研究方向。     

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。     

基于声发射的单晶SiC材料去除机理研究

根据声发射理论,采用金刚石刀具在自动划痕仪上进行SiC单晶塑脆转换的临界条件实验,建立了SiC划痕实验过程中的声发射(AE)信号模型,利用扫描电镜(SEM)观察SiC单晶的表面形貌.结果表明,SiC划痕过程中也存在着明显的声发射Kaiser效应点,表面的划痕和切屑也表明该单晶材料同其它典型硬脆材料如玻璃和硅类似,材料去除存在着塑性到脆性的转换过程,同时分析了划痕过程中的微细粉末状碎屑的产生机理和刀具角度与塑脆转换的关系.     

SiC单晶生长热力学和动力学的研究

升华法生长大直径碳化硅(SiC)单晶一直是近年来国内外研究的重点,本文对Si-C系中的Si,Si2,Si3,C,C2,C3,C4,C5,SiC,Si2C,SiC2等气相物种的热力学平衡过程进行了研究,发现SiC生长体系中的主要物种为Si,Si2C,SiC2.生长初期Si的分压较高,从而SiC生长为富硅生长模式.对外加气体进行研究发现,氩气为最好的外加气体,它既可以有效地抑制Si物质流传输,又可以减缓扩散系数随温度升高而递减的趋势.建立了简单一维传输模型,对三个主要物种的动力学输运过程进行了研究,计算得到了两个温度梯度下的主要物种的物质流密度.     

氧化镓单晶在酸碱条件下的腐蚀坑形貌研究

氧化镓晶体材料由于其优异的性能以及可以用熔体法生长的优势,在功率器件、光电领域有着巨大的潜力。近年来,国内外众多专家也随之开展对氧化镓单晶材料的研究工作,高质量低缺陷的氧化镓单晶材料对后续的外延、器件的制备极其重要。目前,国际上主流的生长方法是导模法,导模法具有生长周期短、尺寸大及生长稳定等优点,然而在晶体缺陷控制方面还有很大的进步空间。本文围绕氧化镓单晶的腐蚀坑形貌,对导模法生长的氧化镓单晶进行加工制样,进行了不同酸碱条件下的腐蚀实验。详细介绍了观察到的不同腐蚀坑形貌,分析了晶体缺陷对腐蚀坑形貌的影响,对今后氧化镓单晶生长机理和晶体缺陷的研究具有重要意义。