SiC单晶体放射状裂纹缺陷研究
发布时间：2021-02-01 02:26
在采用物理气相传输（PVT）法生长碳化硅（SiC）单晶的过程中,放射状裂纹是常见的缺陷。使用微分干涉显微镜对SiC单晶体和晶体抛光片表面形貌进行观测,结合晶体突变光滑面生长模型,对PVT法生长的SiC单晶放射状裂纹缺陷的形成机理进行了研究,并提出了消除或抑制放射状裂纹缺陷产生的方法。研究结果表明,放射状裂纹的出现与PVT生长过程中晶体微管密度紧密相关。在晶体生长初期,晶体生长平台平铺至尺寸较大的微管后形成微裂纹,这些微裂纹会随着晶体生长中的应力释放而沿晶体径向增殖、汇聚,最终与径向上的其他微裂纹连接成宏观放射状裂纹。通过提高SiC籽晶质量（低微管密度）、优化生长工艺参数可有效抑制放射状裂纹的产生。
【文章来源】：半导体技术. 2020,45(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
SiC单晶放射状裂纹
分析放射性裂纹的成因,首先要对SiC单晶生长机制有所了解。在一个光滑的界面上进行晶体生长,首先需要在界面上形成二维临界核,才能出现台阶,此即为完整光滑面生长模型。其生长机制为质点因作用力而进入相应格点。此模型下晶核上质点有五种可进入位置(图2[6]),按照质点所受作用力,质点进入这五种位置的难易程度由易到难依次为①三面凹角、②二面凹角、③表面、④棱边、⑤晶角。如果从气相中生长晶体,根据理论计算,在平滑界面上形成二维临界核需该生长气相组分的过饱和度约在25%以上[7],但在实际中晶体生长需要的生长气相过饱和度不到1%。为了解释理论与实际之间的矛盾,Frank模型给出了颇为合理的解释:在晶体生长界面上有一个螺位错露头点,以它作为晶体生长的台阶源(图3),即可解释在低生长气相过饱和度的条件下,晶体仍然能够生长的事实。这就是非完整光滑面理论模型,又称Frank模型,也叫螺位错模型[8]。螺位错露头处为台阶源,晶体呈层状生长,因台阶的存在,很低的生长气相过饱和度就可以使生长面向前推进;而螺位错沿c轴的延伸源源不断地提供了台阶源,因此SiC晶体得以在径向不断地生长、平铺。
如果从气相中生长晶体,根据理论计算,在平滑界面上形成二维临界核需该生长气相组分的过饱和度约在25%以上[7],但在实际中晶体生长需要的生长气相过饱和度不到1%。为了解释理论与实际之间的矛盾,Frank模型给出了颇为合理的解释:在晶体生长界面上有一个螺位错露头点,以它作为晶体生长的台阶源(图3),即可解释在低生长气相过饱和度的条件下,晶体仍然能够生长的事实。这就是非完整光滑面理论模型,又称Frank模型,也叫螺位错模型[8]。螺位错露头处为台阶源,晶体呈层状生长,因台阶的存在,很低的生长气相过饱和度就可以使生长面向前推进;而螺位错沿c轴的延伸源源不断地提供了台阶源,因此SiC晶体得以在径向不断地生长、平铺。在自制SiC晶锭生长表面的中心((0001)面),其生长平台为一个巨大的蜷线[9],通过显微观测,发现该晶体生长末期在其生长平台上出现新的小平台,其形貌也呈明显的蜷线状(图4)。崔潆心等人[10]也指出4H-SiC的生长趋向于六边形台阶生长。因此可以认为,SiC单晶体生长机制为非完整光滑面生长,C-Si双原子层以台阶流的形式由晶体生长中心沿径向向晶体边缘平铺。
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC籽晶上生长AlN单晶的断裂特性研究[J]. 张丽,齐海涛,徐世海,金雷,史月增. 压电与声光. 2018(05)
[2]物理气相传输法生长碳化硅单晶原生表面形貌研究[J]. 崔潆心,胡小波,徐现刚. 无机材料学报. 2018(08)
[3]SiC单晶线锯切片微裂纹损伤深度的有限元分析[J]. 高玉飞,陈阳,葛培琪. 西安交通大学学报. 2016(12)
博士论文
[1]晶体材料介观损伤及断裂行为的离散位错动力学研究[D]. 梁爽.华中科技大学 2018
本文编号：3012032
【文章来源】：半导体技术. 2020,45(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
SiC单晶放射状裂纹
分析放射性裂纹的成因,首先要对SiC单晶生长机制有所了解。在一个光滑的界面上进行晶体生长,首先需要在界面上形成二维临界核,才能出现台阶,此即为完整光滑面生长模型。其生长机制为质点因作用力而进入相应格点。此模型下晶核上质点有五种可进入位置(图2[6]),按照质点所受作用力,质点进入这五种位置的难易程度由易到难依次为①三面凹角、②二面凹角、③表面、④棱边、⑤晶角。如果从气相中生长晶体,根据理论计算,在平滑界面上形成二维临界核需该生长气相组分的过饱和度约在25%以上[7],但在实际中晶体生长需要的生长气相过饱和度不到1%。为了解释理论与实际之间的矛盾,Frank模型给出了颇为合理的解释:在晶体生长界面上有一个螺位错露头点,以它作为晶体生长的台阶源(图3),即可解释在低生长气相过饱和度的条件下,晶体仍然能够生长的事实。这就是非完整光滑面理论模型,又称Frank模型,也叫螺位错模型[8]。螺位错露头处为台阶源,晶体呈层状生长,因台阶的存在,很低的生长气相过饱和度就可以使生长面向前推进;而螺位错沿c轴的延伸源源不断地提供了台阶源,因此SiC晶体得以在径向不断地生长、平铺。
如果从气相中生长晶体,根据理论计算,在平滑界面上形成二维临界核需该生长气相组分的过饱和度约在25%以上[7],但在实际中晶体生长需要的生长气相过饱和度不到1%。为了解释理论与实际之间的矛盾,Frank模型给出了颇为合理的解释:在晶体生长界面上有一个螺位错露头点,以它作为晶体生长的台阶源(图3),即可解释在低生长气相过饱和度的条件下,晶体仍然能够生长的事实。这就是非完整光滑面理论模型,又称Frank模型,也叫螺位错模型[8]。螺位错露头处为台阶源,晶体呈层状生长,因台阶的存在,很低的生长气相过饱和度就可以使生长面向前推进;而螺位错沿c轴的延伸源源不断地提供了台阶源,因此SiC晶体得以在径向不断地生长、平铺。在自制SiC晶锭生长表面的中心((0001)面),其生长平台为一个巨大的蜷线[9],通过显微观测,发现该晶体生长末期在其生长平台上出现新的小平台,其形貌也呈明显的蜷线状(图4)。崔潆心等人[10]也指出4H-SiC的生长趋向于六边形台阶生长。因此可以认为,SiC单晶体生长机制为非完整光滑面生长,C-Si双原子层以台阶流的形式由晶体生长中心沿径向向晶体边缘平铺。
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC籽晶上生长AlN单晶的断裂特性研究[J]. 张丽,齐海涛,徐世海,金雷,史月增. 压电与声光. 2018(05)
[2]物理气相传输法生长碳化硅单晶原生表面形貌研究[J]. 崔潆心,胡小波,徐现刚. 无机材料学报. 2018(08)
[3]SiC单晶线锯切片微裂纹损伤深度的有限元分析[J]. 高玉飞,陈阳,葛培琪. 西安交通大学学报. 2016(12)
博士论文
[1]晶体材料介观损伤及断裂行为的离散位错动力学研究[D]. 梁爽.华中科技大学 2018
本文编号：3012032
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3012032.html
