利用LPCVD法在SiC衬底上制备Ge晶须及机理分析

摘要

由于宽禁带SiC半导体材料仅对紫外光敏感，而对红外光和可见光是透明的，这使得开发非紫外光控SiC功率器件遇到了困难。为此，可以采用SiC/Ge异质结作为SiC基光控器件的非紫外光吸收单元加以解决。本文利用LPCVD（低压化学气相沉积）方法在4H-SiC（0001）衬底Si面上生长Ge晶须，重点研究工艺参数（生长温度，生长时间，源气体流量比）对表面形貌和结晶质量的影响，并通过SEM、XRD、Raman和TEM对Ge晶须的表面形貌、结晶取向和SiC/Ge界面进行了表征和分析。主要研究内容和结论为：
　　1.利用LPCVD法在4H-SiC（0001）衬底Si面成功制备了具有择优取向的Ge晶须。Ge晶核颗粒具有择优取向，择优取向为<111>晶向。在生长温度850℃，H2和GeH4流量分别为200SCCM和20SCCM，生长时间为60min的工艺条件下，晶核尺寸约为9.05nm。
　　2.分析了晶核的成核机制和生长模式，包括生长过程中晶核颗粒的奥斯瓦尔吞并效应，以及S-K生长模式，在适当的生长条件下2D层的厚度大约为7.5nm。
　　3.探索了生长温度和源气体流量对Ge晶须形貌的影响。高的生长温度有利于生长出更长的Ge晶须，925℃长度可达16μm；GeH4流量越高，生长的晶须直径越大。改变GeH4流量可使得晶须直径从1.3μm增至2.6μm。

目录

声明

1绪论

1.1 SiC衬底上Ge外延研究进展

1.2 本论文主要工作内容

2 SiC/Ge晶核形核过程与制备工艺

2.1 晶核生长与形核过程

2.2 晶核晶须生长理论

2.3 影响形核生长的因素

2.4 SiC/Ge晶核生长动力学过程

2.5 晶核生长的热力学界面能理论

2.6 LPCVD生长系统的组成与特点

2 . 7 低压化学气相沉积法（LPCV D）

3 工艺条件对S iC/G e晶须形貌的影响

3 . 1 生长温度对SiC/Ge晶须形貌的影响

3 . 2 生长时间对SiC/Ge晶须形貌的影响

3 . 3 源气体流量比对SiC/Ge晶须形貌的影响

4 SiC/Ge晶须的生长机理分析

4 . 1 奥斯瓦尔多（Ostwald）吞并过程

4.2 SiC/Ge晶须生长机制分析

4.3 SiC/Ge晶核生长模式的分析

5 结论

致谢

参考文献

在校期间发表的论文及获奖情况