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.     

多孔石墨对碳化硅晶体生长影响的数值模拟研究

SiC是新一代射频器件和功率器件的理想材料,电阻式物理气相传输法由于具有温度均匀性,成为生长大尺寸SiC单晶的有效方法。近年来,多孔石墨等的使用提高了SiC晶体的质量和产量,而关于其机理的研究却相对较少。本文使用数值模拟的方法系统研究了多孔石墨对SiC晶体生长的影响,并进行了晶体生长验证。模拟结果表明：多孔石墨的使用提高了原料区域的温度及温度均匀性,增大了坩埚内轴向温差,对减弱原料表层的重结晶也具有一定作用;在生长腔内,多孔石墨改善了物质流动在整个生长过程中的稳定性,提高了生长区域的C/Si比,有助于减小相变发生概率,同时多孔石墨对晶体界面也起到改善作用。晶体生长结果实际验证了多孔石墨在提高传质均匀性、降低相变发生率和改善晶体外形上的作用。本文结果对于理解多孔石墨的作用机理以及改善SiC晶体生长条件具有实际意义。     

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.     

化学气相输运法制备ZnO晶体

本文采用化学气相输运法在常压开放系统中以(0001)蓝宝石为基片制备出定向生长的ZnO晶体.以ZnO粉体为原料,NH4Cl为输运气体,O2和H2O为反应气体,加入适量的HCl作刻蚀性气体,通过调节NH4Cl输运量,获得两种不同生长方向的ZnO晶体,分别为(1010)方向和(0002)方向.(0002)方向上生长的晶体呈现六角片状,a、b轴生长速度明显高于c轴方向,晶体在基片上呈外延生长,大面积显露c面,且和蓝宝石c面平行.文中对O2、H2O、NH4Cl、HCl在晶体的生长中的作用和生长机制进行了讨论.     

化学气相输运法制备ZnO晶体

采用化学气相输运法在常压开放系统中,以ZnO粉体为原料,HCl和NH3为输运气体,O2和H2O为反应气体,适度过量的HCl作为刻蚀性气体,在(0001)方向的蓝宝石籽晶片上制备了(0002)方向定向生长的ZnO晶体,且a、b轴生长速度明显高于c轴方向.以(0002)方向的ZnO籽晶片作基片,制备了ZnO单晶厚膜,晶体呈螺旋状外延生长,正极面的单晶摇摆曲线半高宽为543.6弧秒.     

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。     

气相输运沉积制备化合物薄膜材料的研究进展

相比用于制备晶体材料的化学气相输运(Chemical Vapor Transport,CVT)方法,近空间气相输运沉积(Close-spaced Vapor Transport Deposition,CSVT)及气相输运沉积(Vapor Transport Deposition,VTD)方法不为人们所熟知.近几年来,气相输运沉积逐渐应用于锑基薄膜(Sb2 Se3、Sb2 S3及Sb2(Se,S)3)、锡基薄膜(SnS、SnS2)及铋基薄膜(Bi2 Se3、Bi2 Te3)等材料的制备,有可能成为一种重要的材料制备方法.本文综述了气相输运沉积用于化合物薄膜制备的研究进展,对其特点进行分析,并对其发展趋势进行了展望.     

Cr2+∶ZnSe中红外激光晶体生长及光谱性能

采用物理气相输运法( PVT),以Cr2+∶ ZnSe多晶为原料,在源区温度约为1000℃、温差为6～7℃条件下生长2周,获得了体积约为0.7 cm3的Cr2+∶ZnSe晶体.紫外-可见-近红外透过光谱显示,Cr2+∶ZnSe样品在1770nm左右出现了强吸收;Cr2+浓度在1019 atoms/cm3数量级,与原料中Cr2+浓度基本一致,反映了较低温度PVT法生长有利于获得预期的Cr2+掺杂浓度.荧光测试结果表明,Cr2+∶ZnSe样品谱线对称性好,发射峰位约在2400 nm,线宽约600 nm;室温荧光寿命为5.52×10-6s.数据分析结果表明,Cr2+∶ZnSe样品的吸收截面和发射截面峰值分别为1.1×10-18cm2和2.3×10-18 cm2.     

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氧化锌晶体

以高纯氧化锌粉为升华源,采用物理气相传输法(PVT)法在1500℃下生长出了ZnO多晶体,生长速率达0.24 mm/h.样品XRD测试和拉曼分析表明,无籽晶自发成核生长的ZnO多晶体不仅具有六方纤锌矿结构,而且具有c轴方向择优生长特征.实验结果表明了PVT法可以进行大尺寸ZnO晶体的生长,并且可以达到0.2 mm/h以上的生长速率.     

无籽晶化学气相法生长ZnO晶体

采用化学气相法自发成核的方式生长出φ4mm×5 mm ZnO单晶体.分析了化学气相输运机制,获得ZnO-C体系在生长过程中的压强为0.43 MPa,确定以扩散传输为主;设计了新的生长石英安瓿(锥角约为35°),让沿较快面生长的晶核能淘汰其他晶胚,易长大并形成单晶;X射线衍射测试晶体生长显露面为(002)面,其回摆曲线半峰宽为18arcsec;六边形的腐蚀蚀坑确定该面为ZnO(001)的Zn面,位错缺陷密度为103 cm-2量级.晶体在368 nm处出现了较强的紫外发光峰,属带边激子跃迁;紫外透过率在450～1000 nm内达65;,截止波长为390 nm,对应禁带宽度约为3.12 eV.结果表明,采用无籽晶化学气相法生长的ZnO晶体结晶度好,质量较高.     

化学气相传输法生长ZnO单晶及性质研究

利用化学气相传输法生长了ZnO单晶.在无籽晶自发成核的条件下,使用碳辅助增强质量传输方法,得到了晶粒尺寸达4mm×10mm的ZnO晶体.利用长有GaN层的蓝宝石晶片作为衬底,得到了直径为30mm、厚2mm左右的ZnO单晶体.比较了不同温度条件下晶体生长的结果并进行热力学过程和现象了分析.用光荧光谱和X射线双晶衍射研究了ZnO晶体的性质.     

PVT法AlN单晶生长技术研究进展及其面临挑战

氮化铝(AlN)具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率(340 W/(m·℃))、高击穿场强(11.7 MV/cm)、良好的紫外透过率、高化学和热稳定性等优异性能,是氮化镓基(GaN)高温、高频、高功率电子器件以及高Al组分深紫外光电器件的理想衬底材料。物理气相传输(PVT)法是制备大尺寸高质量AlN单晶最有前途的方法。本文介绍了AlN单晶的晶体结构、基本性质及PVT法生长AlN晶体的原理与生长习性。基于AlN单晶PVT生长策略,综述了自发形核工艺、同质外延工艺及异质外延工艺的研究历程,各生长策略的优缺点及其最新进展。最后对PVT法生长AlN单晶的发展趋势及其面临的挑战进行了简要展望。     

常压化学气相输运法合成Zn1-xCoxO晶体

本文采用高温化学气相输运法,温度970℃,在蓝宝石和石英基片上制备Zn1-xCoxO晶体.电子扫描显微镜(SEM)观察发现,蓝宝石晶片上的晶体形貌较SiO2 晶片上的规整,晶体呈现六棱柱或六棱锥体,一般显露柱面m{101-0}、正锥面p{101-1}、负极面c{0001-}和正极面c{0001},晶体表面光滑.在石英基片上得到的Zn1-xCoxO晶体生长的棱面较模糊,基片的部分晶体非定向密集生长,连续形成薄膜结构.X衍射证实晶体为ZnO纤锌矿结构.X光能谱﹙EDS﹚测量表明 ZnO 晶体有钴离子的存在,且浓度随原料中的Co2O3:ZnO的比值增大而增加 .     

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...     

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。     

单质直接气相生长ZnMgSe单晶

采用高纯Zn、Mg、Se2单质为原料,以NH4Cl作为反应输运剂,用化学气相输运(CVT)的方法一步成功生长出ZnMgSe单晶。通过XRD、RO-XRD、EDS、紫外可见分光光度计和光致发光(PL)技术研究了ZnMgSe晶体的结构、成份以及光学特性。结果表明:ZnMgSe单晶具有良好的结晶性能,在400～800 nm范围内透过率达到40%～50%,在2.2～2.6 eV范围内存在与深能级电子复合相关的发光带。研究证明由Zn、Mg、Se2单质在输运剂NH4Cl辅助下一步直接合成ZnMgSe单晶是可行的。     

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.     

改进水平籽晶气相法生长CdSe单晶

采用改进的双温区水平籽晶气相升华法,生长出尺寸为?15 mm ×35 mm的完整CdSe单晶体。经X射线衍射仪、能谱分析仪和傅里叶红外光谱仪的检测,CdSe单晶粉末衍射谱与标准衍射峰吻合较好,单晶摇摆曲线半高宽0.5°;Cd、Se化学计量比等于1∶0.977,接近理想比;晶体在2.5~20.0μm红外波段范围内的透过率T >65;,吸收系数α<0.1 cm-1。这些结果表明,采用本方法生长的晶体结晶性较好、成分均匀、透过率较高,品质良好,这对生长类似高蒸气压、高熔点的III-V、II-VI族晶体,会有所帮助。