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.     

物理气相传输法生长1英寸AlN单晶及其表征分析

本文采用物理气相传输法(PVT)及同质外延工艺,在自发生长的6 mm×7 mm AlN籽晶片上,通过4次迭代,成功生长出高质量1英寸AlN单晶锭.将生长出的单晶锭经过切片、研磨和抛光工艺加工成1英寸低表面粗糙度的单晶片,并采用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、高分辨率X射线衍射仪、分光光度计对籽晶片与外延晶片进行结晶质量、位错密度以及紫外透光率等性能表征.结果 表明:外延晶片的拉曼E2(high)半高宽为2.86 cm-1,(002)面XRD摇摆曲线半高宽为241 arcsec,说明晶片具有很高的结晶质量;经过同质外延4次迭代后的晶片较初始籽晶片相比质量有所下降,说明生长过程中由于非平衡生长存在缺陷的增殖;外延晶片具有极其优异的紫外透光率,深紫外265～280 nm波段下的吸收系数低至19～21.5 cm-1.     

SiC晶体生长中气相组分输运特性

针对物理气相传输(PVT)法生长碳化硅(SiC)晶体,建立了一个二维生长动力学模型研究SiC生长腔内气相组分输运特性,该模型考虑了氩气与气相组分之间的流动耦合,Stefan流和浮力影响.研究表明:在压力较低的情况下,自然对流对气相组分的输运过程影响很小,可以忽略,而当压力增高时,自然对流强度显著增大,不可忽略.其次,随着生长温度升高对流的作用增强,生长腔内输运过程由扩散向对流转变,最终对流主导组分的输运过程.随着压力升高对流作用减弱,扩散为气相组分主要输运方式.     

气相生长氮化铝单晶的新方法

通过在钨坩埚盖开小孔的方法改变氮化铝结晶衬底上的温度场分布,在开孔处形成局部低温区;由于孔的几何尺寸的限制和氮化铝晶体生长的各向异性,开孔处的氮化铝晶体单晶化;随后,开孔处的单晶起籽晶的作用,逐渐长成较大尺寸、较高质量的氮化铝单晶.目前用该方法已经制备出直径大于2mm的氮化铝单晶体.     

氮化镓单晶生长研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体核心材料之一,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性,是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想材料.受制于氮化镓单晶衬底的尺寸、产能及成本的影响,当前的GaN基器件主要基于异质衬底(硅、碳化硅、蓝宝石等)制作而成,GaN单晶衬底的缺乏已成为制约GaN器件发展的瓶颈.近年来,国内外在GaN单晶衬底制备方面取得了较大的进展.本文综述了氮化镓单晶生长的最新进展,包括氢化物气相外延法、氨热法和钠助熔剂法的研究进展,分析了各生长方法面临的挑战与机遇,并对氮化镓单晶材料的发展趋势讲行了展望.     

物理气相传输法制备SiC单晶中碳包裹物研究

使用物理气相传输方法(PVT)生长出3英寸4H-SiC单晶.在生长过程中通过在粉料表面放置分布有多个贯穿孔的石墨片,在粉料表面有意引入具有一定分布规律的碳颗粒.在生长后的单晶中能够观察到与石墨片贯穿孔分布相似的包裹物分布.通过对实验结果分析,提出了碳包裹物的形成机制,作者认为生长过程中生长腔内产生的碳颗粒是单晶中碳包裹物的重要来源.并根据该分析进一步提出了减少PVT方法制备SiC单晶中碳包裹物的方法.     

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.     

AlN单晶生长行为研究

本文采用物理气相传输法对不同衬底温度和温差下制备的氮化铝(AlN)晶体形貌进行研究,研究结果表明AlN晶体生长受到AlN晶面表面能、Al基元平均动能和AlN晶体表面极性的共同影响。当温差为60℃时, AlN晶体(0001)面生长速率小于(10-10)面,AlN以带状形式生长。将该工艺应用于AlN同质生长中,研究结果表明:温差为60℃时AlN晶体(0001)面呈现畴生长模式,该晶体质量最差;温差为35℃时AlN晶体(0001)面呈现台阶流生长模式,该晶体质量最优;温差为20℃时AlN晶体(0001)面呈现台阶簇生长模式,该晶体容易开裂。通过工艺优化最终获得了直径为40 mm AlN单晶衬底,完全满足器件制备需求。     

3C-SiC的液相外延生长及其结构的保持与分析

3C-SiC因其优越的物理和电学性能是制造耐高温、大功率、高频率器件的理想材料.本文报道了采用液相外延法从硅熔体中生长3C-SiC及抑制其相变的研究进展.采用X射线衍射、透射电镜、Raman散射等检测手段对样品进行结构分析,结果表明所制备的样品为3C-SiC单晶体.     

8英寸导电型4H-SiC单晶的生长

采用物理气相传输(PVT)法扩径获得了8英寸(1英寸=2.54 cm)4H-SiC籽晶,用于8英寸导电型4H-SiC晶体生长,并加工出厚度520 μm的8英寸4H-SiC衬底。使用拉曼光谱、全自动显微镜面扫描、非接触电阻率测试仪面扫描和高分辨X射线衍射仪对衬底的晶型、微管、电阻率和结晶质量进行了表征。衬底颜色均一并结合拉曼光谱表明衬底4H-SiC晶型面积比例为100%;衬底微管密度小于0.3 cm^-2;衬底电阻率范围20~23 mΩ·cm,平均值为22 mΩ·cm;(004)面高分辨X射线摇摆曲线半峰全宽为32.7″,表明衬底良好的结晶质量。     

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″。     

用升华法生长SiC晶体的一种新颖的坩埚设计

本文提出一个用PVT法生长SiC晶体的坩埚的新颖设计.分析了生长腔中有无锥形档板对腔内及籽晶温度场的影响;比较了档板取不同厚度时SiC粉源升华面和籽晶表面的温度分布.得出了在腔内增设档板后晶体生长面的温度更趋均匀的结论;获取了随着档板厚度的增加,腔内的轴向温度梯度随之增加,但同时晶体生长面的温度也会降低的设计原则.根据计算结果,选取档板厚度等于2mm为优化参数.     

高质量LiCaAlF6晶体生长条件的探索

本文报道了采用提拉法在不同加热系统中和不同生长气氛下进行的LiCaAlF6晶体生长的实验,以探索高质量晶体的生长条件,并讨论了在晶体生长过程中晶体内部和表面上的某些缺陷的形成原因.为了获得高质量的晶体,抑制原材料的氧化和挥发,实现生长过程的稳定控制,是晶体生长过程中不可忽视的三要素.在较小的温度梯度、较高真空度(2×10-2Pa)、敞开式保温体系、较高控温精度(±0.1℃)及充入保护气体CF4条件下,可生长高质量的LiCaAlF6晶体.     

CdSe单晶体的生长及其特性研究

本文报道了用改进的垂直气相法(多级提纯垂直气相法)生长富Cd的CdSe单晶体,并对晶体的性能进行了观测,其电阻率为107Ωcm量级,电子陷阱浓度为108cm-3量级,第一次报道了(110)面的腐蚀形貌。结果表明：采用这种方法制备CdSe单晶,设备简单,易于操作,在提纯和生长过程中不需要转移原料,有利于减少晶体中的杂质含量,降低位错密度,改善晶体的电学性能。多级提纯垂直气相法是一种有前途的CdSe单晶体生长的新方法。     

Preferred Growth of Antimony Single Crystals

Single Crystals of antimony were grown by the Chalmer's method from the melt. The crystals were grown under different temperature gradients of 92 °C/cm, 75 °C/cm and 52 °C per cm. The growth velocities were varied from 1.5 cm/hr to 9 cm/hr. At low growth velocities antimony exhibits a preferred orientation in the range 1 cm/hr to 6 cm/hr. No effect of temperature gradient is observed. The results are compared with those of bismuth, cadmium and zinc which are contradictory to what has been observed.     

Growth of Vanadyl Pyrophosphate Single Crystals

The present work communicates about the first successful attempt at growing of sizeable single crystals of vanadyl pyrophosphate (VO)₂P₂O₇ (VOPO) — a low dimensional antiferromagnet. The growth of VOPO is complicated by two features of this compound. The first is a strong sensitivity of the oxydation state of vanadium (and stability of VOPO) to the oxygen content in the growth atmosphere. The second is a tendency of the VOPO-melt to glass formation during the cooling due to its high viscosity. Therefore the growth has to be carried out with a very low growth rate and in an atmosphere with exactly controllable oxygen content. The best results were achieved with a combination of Czochralski and Kyropoulos techniques, i.e. pulling of crystals with simultaneous cooling of the melt. Crystals of VOPO with sizes up to 10 × 5 × 3 mm³ have been grown. The growth from the melt is accompanied by growth from gaseous phase also (sublimation). Since the VOPO phase has a homogeneity range in oxygen content, attention was paid to the composition of the grown crystals. Growth experiments combined with TGA and XRD measurements show, that the oxygen content and thus the oxidation state of vanadium in the crystals can be adjusted accurately.     

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。     

Growth and Characterisation of Potassium Pentaborate Single Crystals

Single crystals of potassium pentaborate were grown by the solution growth method. The grown crystals were characterised by optical transmission spectrum, differential thermal analysis, and thermogravimetric analysis. The coefficient of thermal expansion was also determined and the results discussed.