无微管缺陷六英寸SiC单晶的制备

SiC单晶衬底中的微管缺陷对SiC基器件是一种致命的缺陷,会严重影响SiC功率器件的成品率。基于物理气相传输(PVT)法,通过改进生长设计装配制备了绝对零微管缺陷6in的n型4H-SiC单晶。从结晶学和动力学原理对改进生长设计装配消除微管的机理进行分析,阐明了单晶生长过程中微管分解和闭合的机制。采用的优化生长设计方案不仅有利于提高SiC单晶生长的稳定性,更可以提高SiC单晶的结晶质量,达到快速降低微管缺陷目的。所制备的无微管缺陷、大尺寸6inn型4H-SiC单晶更加适合制作高压以及特高压功率器件。     

微管在6H-SiC单晶生长过程中的演化

采用升华法生长调制掺氮的6H-SiC单晶,其[0001]方向纵切片的掺氮条纹表明,晶体的生长前沿由初始生长阶段的凸形逐渐变成了后续生长阶段近似平坦的形状。发现近似平坦的生长前沿有利于单晶质量的提高。透射光学显微镜观察发现,若微管的延伸方向与6H-SiC晶体的[0001]方向偏离角度较大时,微管变得不稳定而离解消失;微管也可终止于六边形空洞或硅滴处。氮元素掺杂可使6H-SiC晶体的晶格发生畸变,可导致产生新微管。     

宽带隙半导体材料SiC研究进展及其应用

SiC是第3代宽带隙半导体的核心材料之一，具有极为优良的物理化学性能，应用前景十分广阔，本文综合介绍SiC的基本特性，材料的生长技术（包括体单晶生长和薄膜外延生长技术），SiC基器件的研发现状，应用领域及发展前景，同时还介绍了作者用脉冲激光淀积法在Si衬底上制备出单晶4H-SiC薄膜的研究结果。     

6H-SiC单晶的生长与缺陷

采用升华法,在一定的温度、气体压力和流量的条件下,生长了尺寸ф50．8mm的6H—SiC单晶。利用光学显微术观察了原生晶体的表面形貌,发现了微管在晶体表面的露头点具有明显的多个螺位错成核特征。采用透射模式对抛光晶片进行观察,发现了SiC晶体内的典型缺陷,如：负晶、微管、碳颗粒等,并对它们的形成机理进行了讨论。     

基于金属催化等离子体刻蚀的MPCVD单晶金刚石生长缺陷调控

单晶金刚石作为一种性能优异的半导体材料，在功率器件、深空探测等领域具有广阔的应用前景。然而采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法制备的单晶金刚石通常含有大量的缺陷，尤其是位错，严重限制了其电学性能的发挥。横向外延生长是半导体材料中常用的缺陷调控方法，近年也被应用于金刚石材料制备领域。本研究首先通过金属催化等离子体刻蚀在单晶金刚石籽晶上构造图形阵列，从而为同质外延单晶制备创造横向生长条件；随后通过MPCVD法在此基础上进行单晶金刚石制备，研究了横向外延生长过程并对样品进行了激光共聚焦显微镜、偏光显微镜、Raman光谱和缺陷密度测试。测试表明该方法能够稳定可控的制备图形化生长所需的阵列并降低生长层的缺陷密度。     

保温温度对固相烧结SiC/B4C复合陶瓷力学性能及微观形貌影响

以碳化硅、碳化硼微粉为原料,酚醛树脂为粘结剂,用固相烧结法制备了高温性能优异的SiC/B4C复合陶瓷,研究了保温温度对SiC/B4C复合陶瓷力学性能及微观形貌的影响.研究结果表明:2150℃保温45min可制备出相对密度高达96.60％且综合性能优异的SiC/B4C复合陶瓷,其维氏硬度为26.5GPa,断裂韧性为4.04MPa·m1/2,抗弯强度为345MPa;B4C晶粒周围被SiC呈板状结构包裹,少量B2O3存在于晶界处;当温度高于2150℃时,出现整体排列的片层状SiC,SiC由6H-SiC向4H-SiC转变.     

单晶硅衬底异质外延3C-SiC薄膜研究进展

3C-SiC薄膜的外延生长一直是SiC材料制备领域的一个热点,单晶Si衬底异质外延3C-SiC是实现大尺寸、低成本薄膜的有效方法,备受人们关注.单晶Si与3C-SiC之间存在较大的晶格失配(20％)和热膨胀系数差异(8％),严重制约着高质量单晶薄膜的制备.本文对单晶Si衬底异质外延3C-SiC薄膜的基本原理和工艺过程进行了总结,着重介绍了薄膜生长中的缺陷和可控掺杂方面的研究进展以及面临的挑战,并对今后的研究热点做了归纳展望.     

熔盐镁热还原制备SiC纳米粉体及其氧化动力学

以SiO_2及活性炭粉为反应物、Mg粉为还原剂、NaCl-KCl二元盐为反应介质,采用熔盐镁热还原法低温制备了SiC纳米粉体,并采用TG–DSC非等温氧化法对所合成SiC纳米粉体的氧化动力学进行了研究。结果表明:所合成SiC纳米粉体的主晶相为2H-SiC;合成2H-SiC的最佳工艺条件为n(C)和n(Si)摩尔比为1.3:1.0,Mg粉过量60%(质量分数)、反应条件为1 373 K保温3 h时合成粉体中2H-SiC的相对含量最高约为72%,所合成SiC的晶粒大小约为20~50 nm。Kissinger法和Ozawa法的计算结果表明:所合成SiC纳米粉体的氧化反应表观活化能分别约为267.96和270.33 kJ/mol。     

第三代半导体生产应用“四高两涂”碳基材料的技术现状

近年来,PVT生长SiC单晶方面取得了显著的进展。SiC粉是PVT法生长SiC单晶原料,其纯度会影响单晶质量,而C粉纯度决定SiC粉纯度;高纯硬毡、高纯石墨是生长单晶设备的必备组件,决定着PVT设备使用性能;SiC涂层、TaC涂层为石墨制品的保护涂层,保护晶体生长过程中不被污染。本文主要介绍了“四高两涂”的制备方法及研究现状。     

PVT法制备SiC单晶的研究进展

碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料,具有相比于第一、二代半导体更优异的特性,在微电子、光电子等领域有着重要的应用价值。制备得到高质量、大尺寸的SiC单晶是实现其产业应用的前提。PVT法生长SiC单晶是现今的主流生长方法。总结了PVT法生长SiC单晶的四个主要影响因素的研究进展,拟在寻找未来的研究和发展方向。     

光电化学刻蚀方法去除SiC衬底外延石墨烯缓冲层及其表征

高温条件下裂解碳化硅(SiC)单晶,在直径5cm的4H-SiC(0001)面制备出单层石墨烯。利用光电化学刻蚀方法,使KOH刻蚀液与SiC发生反应,降低石墨烯与衬底之间的相互作用力,去掉原位生长过程中SiC衬底与石墨烯之间存在的缓冲层,获得准自由的双层石墨烯。首先通过对比不同的电流密度和光照强度,总结出电流密度为6mA·cm-2、紫外灯与样品间距为3cm时,石墨烯缓冲层的去除效率以及石墨烯质量皆为最佳。采用此优化后工艺处理的样品,拉曼光谱表明原位生长的缓冲层与衬底脱离,表现出准自由石墨烯的特性。X射线光电子能谱(XPS)C1s谱图中代表上层石墨烯与衬底Si悬键结合的S1、S2特征峰消失,即石墨烯缓冲层消失。通过分析刻蚀过程中的电化学曲线,提出了刻蚀过程的化学反应过程中的动态特性。     

光电化学刻蚀方法去除SiC衬底外延石墨烯缓冲层及其表征

高温条件下裂解碳化硅（SiC）单晶,在直径5 cm的4H-SiC（0001）面制备出单层石墨烯。利用光电化学刻蚀方法,使KOH刻蚀液与SiC发生反应,降低石墨烯与衬底之间的相互作用力,去掉原位生长过程中SiC衬底与石墨烯之间存在的缓冲层,获得准自由的双层石墨烯。首先通过对比不同的电流密度和光照强度,总结出电流密度为6 mA·cm^-2、紫外灯与样品间距为3 cm时,石墨烯缓冲层的去除效率以及石墨烯质量皆为最佳。采用此优化后工艺处理的样品,拉曼光谱表明原位生长的缓冲层与衬底脱离,表现出准自由石墨烯的特性。X射线光电子能谱（XPS）C1s谱图中代表上层石墨烯与衬底Si悬键结合的S1、S2特征峰消失,即石墨烯缓冲层消失。通过分析刻蚀过程中的电化学曲线,提出了刻蚀过程的化学反应过程中的动态特性。     

填充方钴矿热电器件的结构优化设计与性能

基于热电器件全参数设计模型,设计并制备了具有不同拓扑结构的填充方钴矿器件,通过器件仿真模拟结果与实验数据的比对和分析,解析器件结构、界面、连接工艺等对器件输出性能的影响并建立其定量关系;使用批量合成的n型Yb0.3Co4Sb12和p型CeFe3.85Mn0.65Sb12填充方钴矿材料制备的单级器件最大转换效率达到9.8...     

新型煤气化炉制备富含CO燃气及载能材料研究

为了实现煤炭的高效洁净转化,利用自行发明的电热还原煤气化炉,以煤和石英砂为原料制备大量富含CO的燃气,同时伴生高附加值的栽能材料,研究了煤种和气化工艺对燃气的组成及酸碱性的影响,并用XRD和SEM对载能材料进行测试.结果表明,燃气中以CO气体为主,平均含量可达70%,CO+H2平均含量达85%,CO+H2+CH4平均含量达90%,使用无烟煤、烟煤焦炭或焙烧料法可提高燃气中CO气体的含量.载能材料是SiC,含量为98.45%,其中3C-SiC占4.12%,6H-SiC占89.81%,4H-SiC占4.42%,晶体的自形程度也比较高,多为厚板状结晶.     

多孔二氧化钛微管的制备及表征

以2种不同的方法制备了多孔二氧化钛微管。一种是在不使用任何模板的条件下,以冰乙酸为分散剂,将四氯化钛在氨水中水解制备出了具有锐钛矿晶型结构的二氧化钛多孔微管。另一种是以脱脂棉为模板,以钛酸四丁酯为前躯体,制备出了锐钛矿晶型的二氧化钛微米管。采用X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微（TEM）等手段对其进行了表征,从而对样品的微观结构、颗粒形态、分布情况、管径、管壁、晶型以及物相组成等方面进行检测。     

MPCVD法同质外延生长单晶金刚石技术概述

单晶金刚石具有极其优异的性质,如高热导率、高载流子迁移率和高的击穿电压,是制作高可靠性、高稳定性微波功率器件和探测器的理想材料,金刚石基器件可以应用于高温、高功率、强辐射的恶劣环境中。针对金刚石在电学领域与探测领域的潜在应用价值,发展高品质金刚石单晶生长技术尤为重要,而金刚石应用的首要问题是解决单晶和成本的问题。微波等离子化学气相沉积是实现低成本、大尺寸单晶金刚石生长的有效技术。对于如何提高单晶金刚石的生长速率,如何获得高质量、大尺寸单晶金刚石的问题,本文阐述了国内外微波等离子化学气相沉积法同质外延生长单晶金刚石技术研究方面取得的重要突破,详细介绍了提高MPCVD单晶金刚石沉积速率、金刚石晶片剥离技术、金刚石晶体三维生长扩大尺寸、金刚石单晶"马赛克"生长技术。     

我国首颗6英寸氧化镓单晶成功制备

近日,中国电科46所成功制备出我国首颗6英寸氧化镓单晶,达到国际最高水平。氧化镓是新型超宽禁带半导体材料,拥有优异的物理化学特性,在微电子与光电子领域均拥有广阔的应用前景。但因具有高熔点、高温分解以及易开裂等特性,因此,大尺寸氧化镓单晶制备极为困难。中国电科46所氧化镓团队聚焦多晶面、大尺寸、高掺杂、低缺陷等方向,从大尺寸氧化镓热场设计出发,成功构建了适用于6英寸氧化镓单晶生长的热场结构,突破了6英寸氧化镓单晶生长技术,具有良好的结晶性能,可用于6英寸氧化镓单晶衬底片的研制,将有力支撑我国氧化镓材料实用化进程和相关产业发展。     

氨热法生长氮化镓体单晶的工艺与设备

由于大尺寸氮化镓单晶难以获得,只能用异质衬底来制作氮化镓器件,因此现在的氮化镓基器件的性能指标还远低于其理论值.氢化物外延法、高压熔体法、助熔剂法和氨热法等许多方法已经用做生长氮化镓大尺寸单晶.其中,氨热法易于实现尺寸扩大,有批量化生产低成本氮化镓晶片的潜力.目前有两个问题仍有待解决.首先是设备,如何增大高压釜口径为液氨溶液提供可靠的设备;第二个是生长工艺,如何以较低的成本得到大面积,低缺陷密度的氮化镓.本文简单综述了氨热法生长大尺寸氮化镓晶体进展.主要内容是关注氨热法的设备和生长工艺.最后探讨了氨热法合成氮化镓单晶的发展前景.     

中子辐照6H-SiC晶体的光学性质及缺陷分析

利用透射电子显微镜、紫外--可见--近红外光谱和Raman光谱,对剂量为1.67×1020 n/cm2中子辐照的n型半导体6H-SiC晶体进行了微观结构、光学性质及退火过程的研究。结果显示,辐照并没有造成样品的完全非晶化,辐照缺陷主要是点缺陷及其聚集体。辐照后的样品的光吸收明显增加,带隙变小,Urbach能量变大,且在1 178、1 410和1 710nm处出现新的吸收峰。1 178和1 410nm峰的出现归因于辐照产生的Si空位VSi。对辐照样品进行了室温至1600℃退火,发现800℃是退火过程的转折点。低于800℃退火时,样品中的Frankel对、间隙原子和C空位VC消失;高于800℃退火时,含Si空位VSi缔合缺陷及复杂缺陷团分解湮灭。为了解释与VSi有关的多个光谱峰,建立了SiC中硅空位的"类铍原子模型"。     

温度梯度对核辐射探测器用PbI2晶体生长影响研究

以多晶碘化铅(PbI2)为原料,采用垂直布里奇曼法进行单晶生长,研究了PbI2单晶的生长特性,并研究了不同生长条件下晶体的宏观形貌、显微形貌、缺陷以及Ⅰ-Ⅴ特性.研究表明在温度梯度为5 K/cm时生长的碘化铅与温度梯度为0.6 K/cm以及1 K/cm生长的单晶相比,晶体质量较高,宏观缺陷和显微缺陷均有所减少,电阻率从6.7×108 Ω·cm以及6.8×108 Ω·cm提高至3.3 × 109Ω·cm可以有效提高晶体的探测效率.优化生长时的温度梯度有利于碘化铅单晶质量的提高,使其各项性能更加适用于室温核辐射探测器.