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。     

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。     

Micro-Raman光谱鉴定碳化硅单晶的多型结构

利用激光拉曼光谱仪测量了SiC单晶中不同多型的显微Raman光谱.在Raman光谱中,最大强度的FTA模和FTO模应出现在其简约波矢x等于该多型的六角度h处,据此对4H-SiC单晶中的多型进行了鉴定.同时采用高分辨X射线衍射测量了该晶片不同区域的摇摆曲线,将不同多型体的计算衍射角与实验值加以比较,对SiC晶片中的多型进行了标注,所得结论与激光Raman光谱测定结果相一致,说明Raman光谱是一种简单、快速地鉴定多型结构的强有力的工具.实验结果表明,在升华法生长4H-SiC单晶过程中,容易出现寄生6H、15R多型同4H多型的竞争生长,简单分析了寄生多型产生的原因.     

SiC单晶片的超精密加工

半导体晶片的加工质量和精度,直接影响到器件的性能.本文提出了一种超精密加工SiC晶片的方法,并详细论述了化学机械抛光的原理.加工后的SiC单晶片,平整度为±3μm,粗糙度＜5nm,且应力较小.     

升华法生长大直径的SiC单晶

采用高纯Si粉和C粉在适宜的温度和压力下合成了多晶SiC粉末,在此基础上采用升华法在低压高温下条件下生长了大直径6H-SiC单晶,并根据热力学理论分析了SiC的分解.结果表明,在2 300℃附近的生长温度下,Si,Si2C,SiC2是Si-C热力学平衡下的主要物种,其平衡分压比同组分的SiC物种高出3个量级,因而是升华过程中的主要物种,其质量传输过程直接决定SiC的生长.另外,采用光学显微镜观察SiC单晶中的生长缺陷,分析了缺陷成因,提出了碳的包裹体是微管缺陷的重要来源,而调制掺氮可以抑制部分微管在[0001]方向上的延伸,并在此分析基础上调整生长参数,生长出了高质量的6H-SiC单晶.     

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.     

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.