离子注入和退火对非故意掺杂4H-SiC中本征缺陷影响的ESR研究

摘要

SiC是近几年迅速崛起的宽禁带半导体材料之一，SiC材料具有很大的禁带宽度，很高的迁移率以及良好的热导率等特性，从而在高功率、高频率和耐高温器件等方面具有极其重要的发展前景；它既可用作器件的衬底，也可作为器件间的隔离，同时又可作为GaN材料的衬底材料。到目前为止，非故意掺杂4H-SiC外延材料的在国内的研究已经取得了显著的成就，但是对于4H-SiC材料中的本征缺陷还没有完整的测试方法；尤其对于深能级本征缺陷，不同样品的测试结果也有很大的差异，对本征缺陷深能级的起源尚未有定论。
　　 本文采用电子顺磁共振法研究了LPCVD法制备的非故意掺杂4H-SiC外延材料的本征缺陷，其中样品的预处理工艺为离子注入后退火，注入的离子分别为Si+离子和C+离子。首先对离子注入工艺和离子注入理论进行了研究，利用蒙特卡罗(Monte Carlo)算法软件Trim95对C+、Si+离子注入4H-SiC的分布进行了模拟计算。设计采用60keV、90keV和130keV三次低能量C+离子注入；100keV、150keV和200keV三次低能量Si+离子注入，注入前采用厚度为100nm的SiO2作为掩膜，消除非故意掺杂4H-SiC中深能级缺陷。在注入后的退火过程中，采用氢气作为保护。且1400℃时的退火时间为10min；1600℃时退火时间为10min、30min。并在此基础上研究了退火工艺参数对材料中本征缺陷影响。
　　 在C+离子注入后，通过1600℃、10min的退火处理可有效降低C+离子注入样品中的缺陷浓度，且该退火条件下样品的ESR谱线宽达到最低，样品中本征缺陷种类较少且分布均匀。而Si+离子注入后，1600℃、30min退火处理后，样品ESR谱的线宽和中心磁场位置均有所降低，结果表明4H-SiC样品中本征缺陷种类减少且碳空位的比例有所提高。通过本文的研究，证明LPCVD生长的4H-SiC材料中的本征缺陷与C空位和Si空位有密切关系，通过Si+离子和C+离子注入并进行退火处理，能够有效地影响缺陷种类和密度。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 SiC材料本征缺陷的研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 本征缺陷的测试原理及方法

2.1 半导体材料的本征缺陷

2.1.1 半导体材料中的缺陷简介

2.1.2 半导体材料中的缺陷能级

2.2 ESR测试基本理论

2.2.1 ESR(电子顺磁共振)简介

2.2.2 ESR(电子顺磁共振)基本原理

2.3 离子注入技术

2.3.1 离子注入技术简介

2.3.2 离子注入的主要特点

2.4 本章小结

第三章 样品的制备和离子注入工艺

3.1 实验材料的准备

3.1.1 主要工艺流程

3.1.2 实验用4H-SiC材料的制备

3.2 离子注入工艺及参数设计

3.2.1 离子注入的特性

3.2.2 Si+、C+离子注入分布模拟

3.3 离子注入实验

3.3.1 实验材料

3.3.2 注入能量和剂量设计

3.4 退火工艺

3.4.1 样品的退火处理

3.4.2 样品退火后的SEM结果

3.5 本章小结

第四章 不同处理工艺对4H-SiC ESR谱的影响

4.1 C+离子注入对样品ESR谱的影响

4.2 Si+离子注入对样品ESR谱的影响

4.3 本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献