同步辐射白光形貌术观察SiC单晶中的微小多型结构

采用同步辐射白光形貌术观察了6H和4H-SiC单晶片中的微小多型结构.基于透射同步辐射形貌术的衍射几何和晶片的取向,计算了SiC晶体中3种主要多型在Lane像中对应不同反射的成像位置,并与实际结果进行了比较.鉴别出6H和4H-SiC单晶中分别存在着少量的4H-SiC和15R-SiC多型的寄生生长.     

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.     

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。     

绿光发光材料ZnTe的Raman光谱研究

研究了表面处理工艺对ZnTe的Raman光谱的影响,结果表明,ZnTe的LO(Γ)特征峰对表面处理工艺敏感,该特征峰的强度与半峰宽的比值(I/H)越大,晶体表面晶格完整性越高。对机械抛光的ZnTe晶片依次进行化学抛光、去除表面氧化物,I/H值分别出现不同程度的增加,表面晶格完整性逐渐提高。以514.5nm激光激发ZnTe,荧光峰掩盖了200～3000cm-1内Raman散射峰,拟合得到ZnTe的禁带宽度是2.255eV。     

物理气相传输法生长碳化硅单晶原生表面形貌研究

晶体的生长原生面在一定程度上能反应出晶体生长机制和晶体缺陷分布的丰富信息。采用激光共聚焦显微镜偏光拼接技术和原子力显微镜对物理气相传输法生长的4H、6H-SiC单晶原生小面的表面形貌进行了观察和测试。偏光显微镜和原子力显微镜测试结果显示4H-SiC原生小面扩展后, 其周边趋向于形成六边形的生长台阶; 而6H-SiC原生小面扩展后, 其周边趋向于形成圆形的生长台阶。基于Jackson双层界面模型, 从热力学角度计算了4H、6H-SiC单晶的Jackson因子α分别为33.15和31.87, 故导致4H、6H-SiC单晶原生小面台阶形貌差异的是生长界面的粗糙程度和生长温度。原生面上的微管缺陷是生长台阶的起源, 借助原子力显微镜对多个微管进行了测试。由测试结果可知, 微管直径分布在760 nm-6.0 um之间, 相应的伯格斯矢量绝对值分布在5c~14c, 微管直径与伯格斯矢量平方值的商D/B²分布在11.1~23.6 nm^-1之间, 即通过原子力显微镜测试获得的微管结构数据不严格遵守Frank理论。     

正对电极结构型碳化硅光导开关的制备与性能研究

采用钒掺杂半绝缘6H-SiC衬底,以Ni/Au为接触电极制备了一系列正对电极结构型光导开关,对SiC光导开关进行了不同外加电压、激发光强、激发光波长条件下的测试,着重研究了SiC光导开关的光电吸收效应和光电响应性能.实验结果表明,532 nm的激光激发的脉冲信号宽度远小于1064 nm的激光激发的脉冲信号宽度,半绝缘6H-SiC衬底对532 nm激光的吸收系数在0.601～0.692 mm–1之间;采用532 nm的激光激发光导开关,获得了纳秒量级的响应信号;流经开关的瞬态电流随着外加电压和激发光能量的增加而增大,随着衬底厚度的增加而减小.     

拉曼面扫描表征氮掺杂6H-SiC晶体多型分布

采用物理气相传输法(Physical Vapor Transport, PVT)沿[0001]方向生长了一个直径为2英寸的氮掺杂6H-SiC晶体. 采用拉曼面扫描方法对晶体中多型的分布进行了细致表征, 研究了SiC晶体生长过程中多型的产生和演化. 在6H-SiC晶体中观察到了15R-SiC和4H-SiC两种多型. 在拉曼面扫描得到的晶体多型分布图上观察到了两类次多型结构区域, 一类是继承其生长界面上对应的次多型结构形成的次多型结构区; 另一类是由温度、压力等生长条件波动导致在6H-SiC主多型中出现的15R-SiC多型结构区. 第一类次多型结构区中掺入的氮元素较多, 载流子浓度较高, 并且随着晶体生长不断扩大; 第二类次多型结构区对晶体结晶质量的影响较小, 且提高生长温度可以抑制15R-SiC多型结构.     

低碳含量a-Si_(1-x)C_x∶H薄膜的Raman和荧光特性

采用Raman和荧光测量研究了低碳含量a Si1-xCx∶H(x≤ 2 0 % (原子比 ) )薄膜的结构特征 ,并选用两种不同波长的激光来激发这些材料。采用 6 47.1nm光激发时 ,由于激发光能量接近于各样品的光学带隙 ,因而在样品中具有较大的透射深度 ,而 488 0nm光激发时则被样品表面强烈吸收。探测深度的变化造成了Raman谱和荧光谱有较大的差异 ,这些结果一方面表明样品的表面存在一层高浓度的缺陷层 ,同时也证明样品体内存在着带隙的空间起伏 ,这两种空间的不均性造成了高能激发时Raman谱的TO模频率和半高宽比低能激发时有大的红移和展宽 ,而荧光峰和半高宽则有小的蓝移和展宽。以上结果表明在a Si1-xCx∶H样品中 ,Raman与荧光测量结果受激发波长的影响比较明显     

温度及温度梯度对SiC单晶生长的影响

利用升华法在高温低压下生长大直径SiC单晶.通过实验发现在相同的轴向温度梯度下,SiC晶体平均生长速率随籽晶温度的升高而变大.通过减小轴向温度梯度,降低晶体生长界面的径向过饱和度分布,可以抑制多型的生长.通过优化温场的径向温度梯度,利用φ50mm的籽晶进行生长,得到了φ57mm的SiC单晶,实现了晶体的扩径生长.