SiC磁性与缺陷的相关机理研究

发布时间：2020-10-31 21:08

　　 碳化硅(SiC)材料是第三代半导体材料中典型的宽禁带半导体材料之一,被广泛应用在抗高压和抗辐照环境中,在航空航天等领域具有重要的作用。对于半导体材料而言,微量的离子掺杂和材料缺陷都会对材料特性产生重大的影响。研究发现SiC材料的磁性不一定和材料本身所含的磁性元素有关,与外部环境以及材料缺陷也存在一定的关系。基于此本文提出通过研究SiC材料的顺磁背景以及d0磁性产生的原因,从而分析SiC磁性与缺陷之间的相关机理。提出了通过顺磁中心浓度定量表征材料缺陷的新方法,并通过实验和软件仿真,将实验结果与拟合结果对比,对表征方法进行了验证;通过小剂量注入实验,研究了d0磁性的产生原因,具体工作包括:1.分析了SiC材料d0磁性产生的原因,对d0磁性产生的条件进行了分类。并且对现有测试材料损伤的技术优缺点进行分析,提出了表征损伤的新思路。分析了实验的可行性以及实验的前提。2.通过SRIM模拟分析了测试样品的注入过程,分析了试验的可行性。并且得到了Ar、Xe、Au、C、O以及H离子分别在注入能量为200 KeV、300 KeV、400 KeV、500 KeV、5 MeV、15 MeV、17 MeV以及100 KeV条件下的SiC受损伤的最大值以及深度。3.对二十三个测试样品进行磁性分析。分析中使用两种方法:第一种在300 K对未注入的参考片拟合出抗磁性函数,再与5 K下的样品磁性进行相减。第二种是直接使用同一样品在5 K下的磁性与300 K下的抗磁性进行相减,减少了二次拟合的偏差性。根据试验中产生磁性的样品,研究了d0磁性出现的条件。4.使用低注入剂量H离子对SiC进行离子注入,使其出现大量的点缺陷,进而对点缺陷与d0磁性的产生进行研究,研究两者之间的关系。使用拉曼光谱学对H离子注入SiC进行了光学分析,将所有的拉曼峰位红移进行了对比,并分析了损伤程度。通过分析声子等离子体激元耦合模(LOPC模)得到载流子浓度的变化趋势,采用霍尔(Hall)测试出载流子面密度、方阻等参数,进行了电学分析。并且使用深能级瞬态谱(DLTS)分析了缺陷种类以及缺陷能级。最后,将提出的顺磁表征方法与常用的缺陷表征方法进行了比较,得到顺磁性表征材料缺陷的优点是:无损性、定量性、测试精度高等。同时这种方法存在的缺点是:如果测试出现多种磁性,难以将顺磁性单独剥离,从而精确表征。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN304
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 SiC材料以及应用
    1.2 SiC缺陷简介
    1.3 d0磁性
        1.3.1 d0磁性的发现
        1.3.2 磁性表征对于d0磁性研究的重要意义
    1.4 小注入的原因
    1.5 本文的主要研究内容及安排
第二章 样品的制备和表征方法
    2.1 常用的半导体材料测试方法
        2.1.1 拉曼光谱
        2.1.2 非接触式霍尔效应测试
        2.1.3 深能级瞬态谱
    2.2 样品制备
        2.2.2 样品的清洗
    2.3 离子注入技术
        2.3.1 离子注入技术简介
        2.3.2 离子注入的特点
    2.4 本章小结
第三章 SiC损伤仿真
    3.1 SRIM程序简介
    3.2 DPA计算方法
        3.2.1 不同离子注入条件下的DPA分析
    3.3 本章小结
第四章 Ar、Xe、Au、C、O离子注入线性回归分析
    4.1 磁性测量和表征
        4.1.1 磁性测量的原理
    4.2 回归分析方法的介绍
    4.3 不同离子注入条件见下的回归分析
    4.4 本章小结
第五章 H离子小注入
    5.1 磁性表征
    5.2 拉曼光谱对回归分析的支撑作用
        5.2.1 拉曼光谱在缺陷分析上的应用的介绍
        5.2.2 拉曼光谱对缺陷的表征
    5.3 电学性能测试
        5.3.1 Hall效应测试
        5.3.2 拉曼光谱电学分析
    5.4 N型4H-SiC中小剂量注入诱生缺陷的深能级瞬态谱研究
        5.4.1 深能级瞬态谱缺陷分析
    5.5 本章小结
第六章 结论和展望
参考文献
致谢
作者简介

【参考文献】

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本文编号：2864511