4H-SiC同质外延材料的拉曼光谱研究

摘要

作为第三代宽禁带半导体材料的代表，碳化硅(sic)材料具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和速率高和击穿电场高等性质，在高温、高压、高频、大功率电子器件领域和航天、军工、核能等极端环境应用领域有着不可替代的优势，是半导体材料研究的热点。
　　SiC材料外延层的质量对于器件的制备与器件性能有重要影响。异质外延生长SiC材料存在晶格失配和内部缺陷情况，限制了功率半导体器件的应用。同质外延生长的SiC材料能够更好改善这一情况，但由于同质外延生长的4H-SiC材料的外延层与基底为同质材料，较难区分外延层与基底信号，外延层质量分析较困难。本文通过多波长紫外和横截面拉曼散射光谱，有效研究了一系列同质外延生长的4H-SiC薄膜不同晶层的晶体质量和载流子特性。此外，通过偏振拉曼光谱研究了4H-SiC材料的各向异性。
　　本文主要研究内容如下:
　　(1)利用不同波长紫外激光的穿透性质，采用266nm,325nm，514nm激光激发，通过拉曼散射光谱，分析了不同硅碳比生长的同质外延4H-SiC薄膜表面层、中间层和整个外延层的质量特性。利用常被忽视的禁忌模E1(TO)特性，结合空间相关模型，得到了样品各层的晶体质量信息。研究表明，禁忌模E1(TO)对晶体质量变化敏感，是良好的质量探针。
　　(2)采用横截面拉曼散射光谱，研究了同质外延undoped4H-SiC/n+4H-SiC样品内部不同晶层的载流子特性。研究发现:沿生长方向，拉曼A1(LA)、E2(TO)和A1(LO)模的峰位和峰强均未发生明显变化，说明不同杂质浓度对E2和A1模的影响不大。但对LOPC模有影响，不同位置LOPC模的峰位和峰强都不相同，通过比较LOPC模的线型变化，得到了样品沿生长方向上各晶层的载流子浓度变化性质。
　　(3)采用变角度偏振拉曼散射光谱，通过声子色散关系研究了4H-SiC的各向异性。实验得到在入射光偏振方向与晶体光轴的夹角发生改变时，其散射光的A1、E2和E1模的偏振分量与夹角θ之间的变化关系。根据拉曼选择定则，拟合分析得到了A1、E1和E2模各拉曼张量元的数值，分析了其各向异性特性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2．1 4H-SiC的基本性质

1．2．2 4H-SiC的晶体结构及制备方法

1．2．3 4H-SiC的样品介绍

1．3 4H-SiC材料的发展及应用

1．4 拉曼散射光谱的基本理论

1．5 论文的研究内容及章节安排

第二章 多波长拉曼光谱分析不同硅碳比的同质外延4H-SiC样品

2．2 实验仪器及4H-SiC样品介绍

2．3 多波长拉曼光谱测量与分析不同硅碳比的同质外延4H-SiC样品

2．4 4H-SiC样品的拉曼光谱空间相关模型的理论分析

2．4．2 E2(TO)模式的空间相关模型分析

2．5 本章小结

第三章 横截面拉曼光谱分析同质外延4H-SiC样品

3．1 引言

3．2 实验仪器配置及测量方法介绍

3．3 4H-SiC材料生长情况和晶体结构介绍

3．4 横截面拉曼光谱测量与分析4H-SiC样品

3．5 本章小结

第四章 偏振拉曼光谱分析同质外延4H-SiC样品

4．2 实验装置及测量方法介绍

4．3 4H-SiC材料晶体结构分析

4．4 4H-SiC材料的偏振拉曼光谱测量

4．5 4H-SiC材料的偏振拉曼光谱分析

4．6 4H-SiC材料的拉曼张量元分析

4．7 本章小结

第五章 论文总结和展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表的论文及研究成果