钒受主能级在n型4H-SiC中的深能级瞬态傅里叶谱和光致发光

借助深能级瞬态傅里叶谱研究了钒离子注入在SiC中引入的深能级陷阱.掺人的钒在4H-SiC中形成两个深受主能级,分别位于导带下0.81和1.02eVt处,其电子俘获截面分别为7.0 × 10-16和6.0×10-16cm2.对钒离子注入4H-SiC样品进行低温光致发光测量,同样发现两个电子陷阱,分别位于导带下0.80和1.6eV处.结果表明,在n型4H-SiC掺入杂质钒可以同时形成两个深的钒受主能级,分别位于导带下0.8±0.01和1.1±0.08eV处.     

钒掺杂形成半绝缘6H-SiC的补偿机理

研究了钒掺杂生长半绝缘6H-SiC的补偿机理.二次离子质谱分析结果表明,非故意掺杂生长的6H-SiC中,氮是主要的剩余浅施主杂质.通过较深的钒受主能级对氮施主的补偿作用,得到了具有半绝缘特性的SiC材料.借助电子顺磁共振和吸收光谱分析,发现SiC中同时存在中性钒(V4 )和受主态钒(V3 )的电荷态,表明掺入的部分杂质钒通过补偿浅施主杂质氮,形成受主态钒,这与二次离子质谱分析结果相吻合.通过对样品进行吸收光谱和低温光致发光测量,发现钒受主能级在6H-SiC中位于导带下0.62eV处.     

陷阱效应对4H-SiC MESFET温度特性的影响

针对4H-SiC射频MESFET中的自热效应,建立了基于解析模型的材料参数温度模型和器件直流模型.研究了由陷阱造成的背栅效应,并结合材料的温度特性分析了温度升高对器件特性的影响.分析了陷阱对器件特性的影响,并进一步阐明了陷落-发射机制.计算得到陷阱能级为1.07eV,俘获截面为1×10-8cm2,器件的自升温达到100K以上,能够较好地反映实验结果.分析结果表明,背栅电势随陷阱浓度的增大而增大,并随着漏极电压的增大而减小,在室温下达到～3V.另外,由于器件中存在自热效应,背栅电势随漏压的变化加剧.这些模拟分析对实际器件的设计及工艺制造提供了理论上的依据.     

4H-SiC MESFET的新型经验电容模型

基于器件工作机理,提出了一种新型的4H-SiC MESFET经验大信号电容模型。模型参数提取采用Lev-enberg-Marquardt优化算法,提取的模型主要参数具有一定物理意义。C-V特性的模型模拟结果与实验数据的比较表明两者符合良好。该模型还与CAD工具的通用电容模型进行了比较,结果表明新模型具有更高的精度。     

高能量钒注入n型4H-SiC的欧姆接触形成

借助二次离子质谱法分析了注入的钒离子在碳化硅中的分布.即使经过1650℃的高温退火,钒在碳化硅中的再扩散也不显著.退火并没有导致明显的钒向碳化硅表面扩散形成堆积的现象,由于缺少钒的补偿作用,表面薄层的自由载流子浓度保持不变.采用线性传输线模型测量了钒注入n型4H-SiC上的Ni基接触电阻,在1050℃下,在氮、氢混合气体中退火10min,形成的最低比接触电阻为4.4×10-3Ω·cm2.金属化退火后的XRD分析结果表明,镍、碳化硅界面处形成了Ni2Si和石墨相.观测到的石墨相是由于退火导致C原子外扩散并堆积形成,同时在碳化硅表面形成C空位.C空位可以提高有效载流子浓度,降低势垒高度并减小耗尽层宽度,对最终形成欧姆接触起到了关键作用.     

零偏4H-SiC衬底的同质外延方法

基于水平热壁化学气相沉积(CVD)技术,采用原位刻蚀方法,在3英寸(1英寸=2.54 cm)(0001)Si面零偏4H-SiC衬底上生长了高质量的同质外延层,并对其主要工艺参数和生长机制进行了探讨。利用微分干涉相差显微镜、喇曼散射及湿法腐蚀等表征手法对样品进行了测试分析。测量结果表明,4H-SiC占整个外延表面积的99%以上,此外,该工艺消除了4H-SiC同质外延层中的基面位错,提高了外延层的质量。同时对零偏4H-SiC衬底的同质外延的工艺过程和理论进行了研究和讨论,实验发现,生长前的原位刻蚀、初始生长参数、碳硅原子比以及生长温度对于维持外延层晶型、避免3C-SiC多型的产生具有重要影响。     

钒受主能级在n型4H-SiC中的深能级瞬态傅里叶谱和光致发光

借助深能级瞬态傅里叶谱研究了钒离子注入在SiC中引入的深能级陷阱.掺人的钒在4H-SiC中形成两个深受主能级,分别位于导带下0.81和1.02eVt处,其电子俘获截面分别为7.0 × 10-16和6.0×10-16cm2.对钒离子注入4H-SiC样品进行低温光致发光测量,同样发现两个电子陷阱,分别位于导带下0.80和1.6eV处.结果表明,在n型4H-SiC掺入杂质钒可以同时形成两个深的钒受主能级,分别位于导带下0.8±0.01和1.1±0.08eV处.     

Si衬底上3C-SiC异质外延应力的消除

利用低压化学气相沉积方法在N型Si衬底上异质外延生长3C-SiC薄膜,研究和分析了不同碳化工艺和生长工艺对3C-SiC外延层的影响;探讨了Si衬底3C-SiC异质外延应力的消除机理.通过台阶仪和XRD对不同工艺条件下的外延层质量进行分析,得到最佳工艺条件的碳化温度为1000 ℃,碳化时间为5 min,生长温度为1200 ℃,生长速度为4 μm/h.对最佳工艺条件下得到的外延层的台阶仪分析表明外延层弯曲度仅为5μm/45 mm;而外延层的XRD和AFM分析表明,3 μm厚度外延层SiC(111)半高宽为0.15°,表面粗糙度为15.4nm,表明外延层结晶质量良好.     

Al掺杂4H-SiC同质外延的缓冲层

利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线双晶衍射谱(XRD)和光致发光谱(PL)对在4H-SiC单晶衬底上采用CVD同质外延的4H-SiC单晶薄膜的特性进行研究,发现外延层有很好的晶格结构和完整性。由于Al原位掺杂引起的晶格失配和衬底和外延的晶向偏离,在样品的衬底和外延的界面出现了约1μm的缓冲层,使得XRD摇摆曲线距主峰左侧约41arcs出现了强衍射峰。缓冲层中存在大量的堆垛缺陷和位错,引入缺陷能级,使室温PL测试为"绿带"发光。通过PL全片扫描发现缓冲层在整个样品中普遍存在且分布均匀。     

非刻意掺杂4H-SiC同质外延中的深能级缺陷

Unintentionally doped 4H-SiC homoepitaxial layers grown by hot-wall chemical vapor deposition （HWCVD） have been studied using photoluminescence （PL） technique in the temperature range of 10 to 240 K. A broadband green luminescence has been observed. Vacancies of carbon （Vc） are revealed by electron spin resonance （ESR） technique at 110 K. The results strongly suggest that the green band luminescence, as shallow donor-deep accepter emission, is attributed to the vacancies of C and the extended defects. The broadband green luminescence spectrum can be fitted by the two Gauss-type spectra using nonlinear optimization technique. It shows that the broad-band green luminescence originates from the combination of two independent radiative transitions. The centers of two energy levels are located 2.378 and 2.130 eV below the conduction band, respectively, and the ends of two energy levels are expanded and superimposed each other.