液相法碳化硅晶体生长及其物性研究

发布时间：2021-11-09 00:52

　　碳化硅（SiC）作为重要的第三代半导体材料之一,在高温、高频、高功率、抗辐射等方面具有优秀的性能。SiC基器件已经在军事、民事、航空航天等多领域得到了广泛应用,是各国科学技术竞争的重点领域。SiC衬底晶片作为SiC产业链的基石有着至关重要的地位。目前国际上主流的SiC衬底晶片生长方法是物理气相传输法（PVT）。但近些年来,液相法生长SiC晶体由于生长技术的特点,有望实现高质量p型SiC衬底晶片的生长而备受关注。国外已经开展了大量的相关研究并取得了很大进展,然而国内有关技术研究尚未见较好报道。对于液相法的研究亟需攻关,以缩小与国际前沿之间的差距。本论文系统地研究了液相法生长SiC晶体的特点,对液相法生长的SiC晶体的相关性质进行了表征,同时,还研究了SiC衬底晶片中划痕的表征方法。本论文的主要内容如下:首先,对液相法生长SiC晶体中的一些关键问题进行了研究。对液相法生长中所用的助溶液体系进行了探索,寻找出适合SiC晶体生长的助溶液组成成分以及各成分的合理占比。通过设计保温条件在径向与轴向上实现了生长温场的合理分布。对生长过程中籽晶的粘接、旋转、提拉等重要参数进行了探索与优化。同时,还对S... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)北京市

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 SiC晶体的性质
        1.2.1 SiC晶体的结构特征
        1.2.2 SiC晶体的物理化学性质
    1.3 SiC晶体的生长历史
    1.4 SiC晶体的生长方法
        1.4.1 物理气相传输法
        1.4.2 液相法
        1.4.3 高温化学气相沉积法
    1.5 SiC晶体的缺陷研究
    1.6 SiC的磁性研究
        1.6.1 稀磁半导体简介
        1.6.2 SiC基稀磁半导体
    1.7 SiC产业化发展现状
    1.8 本论文研究意义与研究内容
第2章 实验方法及原理
    2.1 SiC晶体生长
        2.1.1 SiC晶体生长设备
        2.1.2 SiC晶体生长方法
    2.2 样品的表征与分析方法
        2.2.1 电子显微镜分析
        2.2.2 原子力显微镜分析
        2.2.3 拉曼光谱分析
        2.2.4 霍尔测试分析
        2.2.5 紫外分光光度计分析
        2.2.6 二次离子质谱分析
        2.2.7 综合物性测量系统分析
        2.2.8 第一性原理计算
第3章 SiC晶体液相生长中关键问题的研究
    3.1 引言
    3.2 液相法生长SiC晶体的理论分析
    3.3 助溶液对晶体生长的影响
        3.3.1 Cr对晶体生长的影响
        3.3.2 Al对晶体生长的影响
            3.3.2.1 Al对溶碳速度的影响
            3.3.2.2 Al对助溶液熔点的影响
        3.3.3 Ce对晶体生长的影响
        3.3.4 其它助溶液成分对晶体生长的影响
    3.4 温场对晶体生长的影响
        3.4.1 轴向温场对晶体生长的影响
        3.4.2 径向温场对晶体生长的影响
        3.4.3 生长温度高低对晶体生长的影响
        3.4.4 生长过程中温度变化对晶体生长的影响
    3.5 籽晶对晶体生长的影响
        3.5.1 籽晶粘接工艺对晶体生长的影响
        3.5.2 籽晶提拉速度对晶体生长的影响
        3.5.3 籽晶自转速度对晶体生长的影响
    3.6 其它生长工艺对晶体生长的影响
        3.6.1 生长时间对晶体生长的影响
        3.6.2 压强对晶体生长的影响
    3.7 本章小结
第4章 Al掺杂p型 SiC单晶的性质研究
    4.1 引言
    4.2 实验方法
    4.3 实验结果与分析
        4.3.1 拉曼光谱
        4.3.2 二次离子质谱与霍尔
        4.3.3 紫外-可见吸收光谱
        4.3.4 晶体生长质量
        4.3.5 磁性研究
        4.3.6 第一性原理计算
    4.4 本章小结
第5章 SiC晶片亚表面划痕的激光辐照表征研究
    5.1 引言
    5.2 实验方法
    5.3 实验结果与分析
        5.3.1 激光辐照后晶体光学显微形貌
        5.3.2 激光辐照后损伤带上直线起源研究
        5.3.3 激光辐照后晶体表面SEM形貌与EDX
        5.3.4 激光辐照后晶体表面AFM形貌
        5.3.5 激光辐照后晶体表面TEM形貌
        5.3.6 激光辐照阈值计算
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化硅电力电子器件技术发展现状与趋势[J]. 陈硕翼,张丽,唐明生,李建福.  科技中国. 2018(06)
[2]紫外可见分光光度计及其应用[J]. 朱英,和惠朋,武晓博,张学俊.  化工中间体. 2012(11)



本文编号：3484326