SiC单晶生长技术及器件研究进展

综述了近年来国外ＳｉＣ单晶及外延层生长，分立器件和集成电路的研究进展情况。     

SiC及其功率器件的激光制孔研究进展

SiC作为第三代半导体材料的典型代表,因具有优异的物化性能,在功率器件领域具有极大的应用前景.文章简要介绍了激光制孔的基本原理,综述了 SiC的长脉冲与超短脉冲激光制孔研究进展,对比了长脉冲与超短脉冲激光的加工特点,分析了不同脉冲宽度下SiC的制孔效果.同时,介绍了 GaN/SiC,AlGaN/GaN/SiC等SiC功率器件的激光制孔研究现状.最后,指出了 SiC及其功率器件激光制孔面临的挑战,并展望了未来的发展方向.     

SiC功率器件辐照效应研究进展

SiC功率器件是许多航天器用电子设备的重要组成部分,是保障深空探测任务顺利进行的前提和基础。在梳理SiC功率器件发展概况的同时,针对不同SiC功率器件（SiC SBD、 SiC JBS、 SiC MOSFET）在空间辐射环境下的性能退化规律进行了概述,重点分析了辐射环境下SiC功率器件的损伤机理,为SiC功率器件抗辐射技术的长远发展提供了参考。     

SiC单晶生长及其晶片加工技术的进展

回顾了SiC单晶的发展历史，总结了目前的发展状况，同时介绍了SiC单晶生长所需要的温场和生长工艺，最后介绍了SiC单晶的加工技术. 通过模拟计算与具体实验相结合的方法，调整坩埚在系统中的位置及优化坩埚设计可以得到理想温场. 近平微凸的温场有利于晶体小面的扩展，进而有利于减少缺陷提高晶体的质量. 由于SiC硬度非常高，对单晶后续的加工造成很多困难，包括切割和磨抛. 研究发现利用金刚石线锯切割大尺寸SiC晶体，可以得到低翘曲度、低表面粗糙度的晶片；采用化学机械抛光法，可以有效地去除SiC表面的划痕和研磨引入的加工变质层，加工后的SiC晶片粗糙度可小于1nm.     

SiC半导体材料及其器件应用

分析了 Si C材料的结构类型和基本特性 ,介绍了 Si C单晶材料的生长技术及器件工艺技术 ,简要讨论了 Si C器件的主要应用领域和优势。     

生长气体流量对SiC单晶缺陷的影响

实现了熔融KOH进行SiC体单晶择优腐蚀估测缺陷密度的方法.本文报道了采用该技术对体SiC单晶缺陷密度估测的结果.腐蚀会在Si面形成六边形腐蚀坑,在C面形成圆形腐蚀坑.腐蚀速率和蚀坑形状与SiC生长工艺有关.对在高生长气流量下用PVT工艺制备的SiC样品,其刃位错、螺位错与微管密度分别为2.82×105,94和38cm-2;对在低生长气流量下用PVT工艺制备的SiC样品,其上述缺陷密度分别为9.34×105,2和29cm-2.结果表明:随着生长气体流量的增加,由于避免了N2掺杂,刃位错密度下降.     

生长气体流量对SiC单晶缺陷的影响

实现了熔融KOH进行SiC体单晶择优腐蚀估测缺陷密度的方法.本文报道了采用该技术对体SiC单晶缺陷密度估测的结果.腐蚀会在Si面形成六边形腐蚀坑,在C面形成圆形腐蚀坑.腐蚀速率和蚀坑形状与SiC生长工艺有关.对在高生长气流量下用PVT工艺制备的SiC样品,其刃位错、螺位错与微管密度分别为2.82×105,94和38cm-2;对在低生长气流量下用PVT工艺制备的SiC样品,其上述缺陷密度分别为9.34×105,2和29cm-2.结果表明:随着生长气体流量的增加,由于避免了N2掺杂,刃位错密度下降.     

SiC功率器件

本文采用计算材料优值和器件模拟的方法预测了ＳｉＣ的高频大功率特性，综述了目前ＳｉＣ功率器件的发展最高水平，高压整流器和晶体管如功率ＭＯＳＦＥＴｓ，ＪＦＥＴｓ，ＭＥＳＦＥＴｓ都具有较小的有源面积，而性能已初步显示出ＳｉＣ高温大功率工作的优势。     

SiC晶体生长和应用

介绍了作为半导体材料应用的ＳｉＣ的主要性能，晶体生长研究进展及器件研制现状。     

太空熔体生长砷化镓单晶

本文介绍利用一种将单晶锭条两端固定,中间可以重熔以建立悬浮熔区的反应容器,在回地卫星的微重力环境下用45分钟从熔区两端相向生长出中部直径为1cm,长度分别为10mm和7mm的两块火炬头状砷化镓单晶.对地面生长和空间生长7mm长单晶用KOH溶液为电解液的阳极腐蚀法显示,结果表明:在地面生长的籽晶部位观察到了由重力驱动对流引起温度涨落而造成的密排杂质条纹,在与籽晶相邻接的空间生长单晶部位未观察到这种类型的杂质条纹.同时观察到太空生长单晶边缘附近存在杂质条纹以及在太空单晶末端附近边缘出现胞状结构,它们可能是因降温速率快过冷所致.经熔融KOH腐蚀显示,在地面单晶和10mm长空间单晶交界面出现密排位错,靠近交界面的太空生长单晶位错密度较低,随着晶体生长位错密度逐渐增高,太空生长单晶边缘附近位错密度高于中心区域.     

大尺寸碳化硅单晶生长环境研究

针对基于物理气相输运法的碳化硅(SiC)单晶生长系统,考虑对流换热的影响建立了传热与传质数学模型,并采用数值模拟的方法研究了其生长系统内的温度场与气相流场.研究表明:坩埚内温度、温度梯度以及加热效率随线圈匝间距与线圈直径的增加而逐渐降低.旋转坩埚可有效解决因线圈螺旋形状而导致的温度场不均匀性.通过不断调整线圈与坩埚之间的相对高度,可保证高品质晶体生长所需的最优温度场环境.此外,坩埚内径尺寸的增加,会加剧其内部自然对流效应.     

碳化硅器件发展概述

概要介绍了第三代半导体材料碳化硅(SiC)在高温、高频、大功率器件应用方面的优势,结合国际上SiC肖特基势垒二极管,PiN二极管和结势垒肖特基二极管的发展历史,介绍了SiC功率二极管的最新进展,同时对我国宽禁带半导体SiC器件的研究现状及发展方向做了概述及展望。     

双段式加热锗单晶生长设备的结构设计

锗单晶和锗单晶片是重要的半导体材料,锗单晶的生长广泛采用的是CZ(直拉)法,其主要结构包括底座及立柱装置、下传动装置、主炉室、插板阀、副炉室、籽晶提升旋转机构、液压驱动装置、真空系统、充气系统及水冷系统等。     

单晶SiC电化学腐蚀及化学机械抛光

通过电化学工作站对4英寸(1英寸=2.54 cm)n型单晶SiC(4H-SiC)进行电化学腐蚀特性研究,采用36GPAW-TD单面抛光机对其Si面和C面进行了化学机械抛光(CMP)。结果表明,采用H2O2和NaClO作为氧化剂,均可促进SiC的电化学腐蚀并提高其抛光去除速率,其促进作用与氧化剂浓度和抛光液的pH值密切相关。选择含体积分数5%的H2O2、pH值为12的SiO2抛光液对SiC进行CMP,得到的Si面抛光速率可以达到285.7 nm/h。在含H2O2抛光液中引入适量的NaNO3和十二烷基硫酸钠,SiC表现出较高的腐蚀电位绝对值和去除速率。在H2O2和NaClO抛光液体系中,SiC的去除速率与其腐蚀电位的绝对值正相关,该结果对实际应用有一定的借鉴意义。     

SiC单晶生长界面形状计算机模型的建立及验证

利用多物理场耦合模拟软件研究了3英寸(1英寸=2.54 cm)碳化硅(SiC)单晶生长中感应线圈位置对单晶生长系统温度场的影响.分析了感应线圈位置变化对晶体表面径向温度、晶体内部轴向温度以及晶体生长界面形状的影响.同时分析了不同生长时期晶体的界面形状和各向温差的变化规律,建立了3英寸SiC单晶生长界面形状计算机模型,进而将计算机模拟得到的晶体界面形状与单晶生长对照实验获得晶体的界面形状相对比,验证了该模型的可靠性.以此为依据,优化了单晶生长工艺参数,获得了理想的适合3英寸SiC单晶生长的温度场,并成功获得了高质量的3英寸SiC单晶.