Si(111)衬底上6H-SiC薄膜的低压化学气相外延生长与表征

在Si(111)衬底上,采用SiH4-C3H8-H2气体反应体系,通过低压化学气相沉积(LPCVD)工艺外延出结晶质量良好的SiC薄膜.低温光致发光谱表明该薄膜属于6H-SiC多型体.X射线衍射图表明该薄膜具有高度的择优取向性.扫描电子显微镜图表明该薄膜由片状SiC晶粒组成.拉曼光谱和透射电子衍射谱的结果进一步表明该薄膜具有较高的结晶质量.对Si(111)衬底上6H-SiC薄膜的生长机制进行了初步探讨.     

蓝宝石衬底上6H-SiC单晶薄膜的化学气相淀积生长

采用低压化学气相淀积方法以相对较低的生长温度(900～1050℃)在蓝宝石(0001)衬底上外延生长了6H-SiC单晶薄膜。其晶体质量和结构由X射线衍射谱和喇曼散射谱的测量结果得到确定。俄歇电子能谱和X射线光电子能谱的观察表明所制备的6H-SiC薄膜中的Si-C键的结合能为181．4eV,Si与C的原子比符合SiC的化学配比。扫描电子显微镜的分析显示6H-SiC外延层和蓝宝石衬底间的界面相当平整。由紫外及可见光波段吸收谱的结果得到所生长的6H-SiC的禁带宽度为2．83eV、折射系数在2．5～2．7之间。均与6H-SiC体材料的相应数据一致。     

C面蓝宝石衬底上6H-SiC薄膜的低压化学气相外延生长与表征

采用低压化学气相沉积方法在C面蓝宝石衬底上异质外延生长出高结晶质量和良好表面形貌的6H-SiC薄膜,研究了CsHs气体流速对薄膜结晶质量的影响.随着C3Hs气体流速的降低,薄膜的结晶质量先增加后降低,表明薄膜的生长在开始阶段受表面反应控制,而后受质量输运控制.所得到的结晶质量最好的6H-SiC薄膜,其摇摆曲线半高宽为0.6°,已经达到单晶水平.没有使用A1N过渡层,制备出结晶质量更好的SiC薄膜,表明对于蓝宝石衬底上SiC薄膜的生长,起决定性因素的是温度,过渡层不是影响SiC薄膜结晶质量的主要因素.     

Si(111) 衬底上3C-SiC的超低压低温外延生长

研究了发展一种Si衬底上低温外延生长3C－SiC的方法。采用LPCVD生长系统，以SiH4和C2H4为气源，在超低压（30Pa) ,低温（900℃）的条件下，在Si(111衬底上外延生长出高质量的3C－SiC薄膜材料。采用俄歇能谱（AES），X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）等分析手段研究了SiC薄膜的外延层组分，晶体结构及其表面形貌。AES结果表明薄膜中的Si/C的原子比例符合SiC的理想化学计量比，XRD结果显示了3C－SiC外延薄膜的良好晶体结构，AFM揭示了3C－SiC薄膜的良好的表面形貌。     

FeSi熔体中SiC晶须的VLS生长

在1500℃、 1600℃、 1650℃和1750℃氩气中保温3h, 使Fe-Si在石墨基板上熔化并敷展, 分别在熔层表面获得SiC颗粒层、 SiC颗粒与晶须混合层、 SiC晶须层和SiC腾空薄膜。XRD分析确定所有产物均为3C-SiC; TEM和SAED分析表明, SiC晶须为3C-SiC单晶, 生长方向为[111]。基于上述结果, 提出不同温度下C与熔体中的Si经不同反应路径, 生成不同形貌SiC的反应机理: 低温时(≤1500℃), Fe提高了熔体中C的饱和溶解度, 以液-固(LS)反应生成SiC颗粒; 较高温度时(1500~1750℃), 借助Fe的催化作用, 以气-液-固(VLS)机理生成SiC晶须; 更高温度时(≥1750℃), 气-液-固(VLS)变得无序, 生成SiC腾空连续膜。      

钛合金表面磁控溅射TiB2-TiN复合薄膜的摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备SiC/TiB2-TiN双层薄膜,SiC为中间层,研究了TiB2-TiN复合薄膜的组织结构和摩擦磨损性能.结果表明,TiB2-TiN复合薄膜具有纳米尺度颗粒(畴)的微结构特征,SiC薄膜与基材和TiB2-TiN复合薄膜间都具有明显且呈梯度的元素扩散;在载荷200g、室温Kokubo人体模拟体液条件下,与氮化硅(Si3N4)球(直径4mm)对摩,其平均摩擦系数约为0.22,磨损速率在10-6mm3/(m·N)级;并且TiB2-TiN复合薄膜对Kokubo人体模拟体液中的Ca、P元素具有很强的黏附能力.     

气-液-固法在半导体纳米线生长中的应用

气-液-固法(VLS)是目前生长各种准一维纳米结构的主要工艺技术.本文首先介绍了VLS的生长原理,然后以生长机制为主线,着重评论了近3-5年内它在ZnO、GaN、Si以及SiC等纳米线及其阵列合成中应用的某些新进展.最后提出了改进VLS方法的几项措施,并展望了它的今后发展趋势.     

Si(100)衬底上SiC的外延生长

在1050℃下用Si2H6和C2H4在Si(100)衬底上外延生长了3C-SiC,生长前只通入C2H4将Si衬底碳化形成SiC缓冲层.碳化过程中C2H4与Si表面反应形成了SiC孪晶,但随着生长时间的延长,外延层转变为单晶层,其表面呈现典型的单晶SiC的(2×1)再构.从外延层的Raman谱观察到明显的SiC的TO和LO声子模;SEM观测结果表明,外延层的表面比较平整.     

6H-SiC单晶表面ZnO薄膜的制备及其结构表征

利用脉冲激光淀积(PLD)技术在6H-SiC单晶衬底上制备了ZnO薄膜. 利用X射线衍射(XRD), 反射式高能电子衍射(RHEED)和同步辐射掠入射X射线衍射(SRGID)φ扫描等实验技术研究了ZnO薄膜的结构. 结果表明:在单晶6H-SiC衬底上制备的ZnO薄膜已经达到单晶水平, 不同入射角的SRGID结果, 显示了ZnO薄膜内部不同深度处a方向的晶格弛豫是不一致的, 从接近衬底界面处到薄膜的中间部分再到薄膜的表面处, a方向的晶格常数分别为0.3264、0.3272和0.3223nm. 通过计算得到ZnO薄膜的泊松比为0.504, ZnO薄膜与单晶6H-SiC衬底在平行于衬底表面a轴方向的实际晶格失配度为5.84%.     

Ti/n型6H-SiC(0001)接触界面的研究

用同步辐射光电子能谱(SRPES)和X射线光电子能谱(XPS)的方法研究了Ti/n型6H-SiC(0001)的接触界面。Ti/n型6H-SiC(0001)样品采用磁控溅射的方法获得,然后将表面的Ti用氩离子刻蚀的方法慢慢刻蚀掉,Ti2p3/2用XPS测得,结合能从刻蚀时间为245 min的457.86 eV逐渐移动到刻蚀时间为255 min时的457.57 eV,移动约为0.3 eV。Si2p用同步辐射光测得,结合能从刻蚀245 min时的101.12 eV移动到干净的100.67 eV,峰形状未发生变化,表明Ti与衬底之间没有发生化学反应,SiC的价带发生弯曲,形成的势垒高度为0.89 eV。向SiC上蒸Si 2.5 min,退火30 min,观察LEED花样,发现当发射电流为30mA,能量37 eV时,SiC表面有√3*√3重构,发射电流为40 mA时,有6√3*6√3的重构。