物理气相传输法制备碳化硅晶体的工艺研究

发布时间：2018-01-17 14:17

  本文关键词：物理气相传输法制备碳化硅晶体的工艺研究　出处：《哈尔滨工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：碳化硅(SiC)是一种具有高电场击穿强度的半导体材料,这使得SiC在高功率、高温度器件方面有广阔的应用前景。近期SiC器件的发展主要依赖于大尺寸高质量的SiC晶体外延生长,目前SiC晶体的生长主要使用籽晶外延的升华法,即物理气相传输法。但制备出的晶体存在许多缺陷,比如微管、夹杂、位错等。SiC晶体生长用原料对晶体质量有很大的影响,主要体现在原料的纯度以及粉料粒径等。本文对SiC粉末的合成和提纯工艺、SiC晶体的生长工艺进行了研究,同时对SiC晶体的质量进行了分析和表征。使用4N高纯Si粉和C粉在1800℃合成了SiC粉末,并对其进行了提纯研究。通过试验发现,在800℃条件下进行氧化能除去粉末中的C杂质,并且不产生过多的Si O2杂质,高于800℃会大量形成Si O2杂质。然后用氢氟酸去除Si O2能得到适用于SiC晶体生长的高纯的SiC粉末原料。提纯后粉末的XRD物相分析未出现其他物相,EDS元素分析未出现Si、C元素以外的其他元素,且Si/C原子比接近1:1。通过对石墨坩埚相对位置进行调节,确定最佳石墨坩埚位置H为60mm,此时能达到最大的温度梯度和生长速率;确定了最佳工艺参数为生长温度2300℃,温度梯度1.3℃·mm-1,生长气压20Torr,气体流量30sccm,该工艺下自形核法生长晶体的生长速率为43.91g·h-1,平均晶粒尺寸为5mm,最大晶粒尺寸达到了8mm。用最佳工艺进行了籽晶法SiC晶体生长,得到了尺寸为10cm的SiC晶锭,中间部分为SiC单晶,尺寸约为7cm,晶锭周围为SiC多晶。生长速率为38.71g·h-1,晶体晶型为4H-SiC。然后对制备出的SiC晶体进行了表征分析。晶体中存在微管、包裹体、镶嵌、空洞以及位错等缺陷。4H-SiC的(0004)面单晶摇摆曲线FWHM值为165.96arcsec。拉曼表征说明晶体中存在拉伸应力。晶体中存在与碳空位VC以及氮杂质相关的光致发光峰。本文通过合成和提纯制备出了适用于晶体生长的SiC原料,使用该原料进行了SiC晶体自形核生长工艺研究,得到了最佳生长工艺。在最佳工艺条件下使用籽晶法外延生长出了7cm直径的4H-SiC单晶。对制备出的晶体进行了缺陷分析,然后对SiC晶体的结晶质量进行了初步表征。
[Abstract]:SiC powder was synthesized and characterized by using 4N high - purity Si powder and C - powder at 1800 鈩，

本文编号：1436600