PVT法生长SiC单晶的晶型控制

摘要

用物理气相输运(Physics Vapor Transport)法生长的SiC单晶常常出现同质异晶型(polytypes)夹杂。由于异晶型间电学特性差异较大，使得SiC的应用受到限制。为此，研究SiC晶体生长过程中的晶型控制十分重要。
　　本文在探索SiC单晶生长工艺的基础上，分析了异晶型产生的原因，讨论了SiC异晶型的鉴别方法，并使用拉曼光谱(Raman Spectrum)以及电子衍射(Electron Diffraction)技术对实验晶片进行了晶型鉴别，提出了有效的晶型控制工艺。
　　论文获得了以下主要结论:
　　1.选择无同质异晶夹杂的晶片做籽晶;
　　2.选择合适的原料和工艺条件以保持生长过程中恰当的Si/C比例;
　　3.为了保持生长面温度恒定，需要实时调整测温点的控制温度;
　　4.为了保证生长面周向温度均匀性，需要实时调整石英管局部区域的散热;
　　5.为了保持生长腔内的温度梯度恒定，需要实时调节坩埚与线圈的相对位置;
　　6.需要控制生长开始前的降压速率，使压力近平衡态变化，避免因压力剧变而引起的晶型变化;
　　论文分析了晶体生长过程中对晶型稳定性影响较大的因素，认为对生长面温度的控制以及气氛中Si/C比例的控制是实现晶型有效控制的关键。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 SiC的电学特性

1．2 SiC的晶体结构

1．3 研究内容及研究方法

2 PVT法制备SiC单晶

2．1 Si-C二元系相图分析

2．2 常用SiC晶体生长方法

2．2．2 液相外延(LPE)

2．2．3 高温升华法(Lely)

2．3 PVT法制备SiC单晶的生长机理

2．3．1 SiC晶体生长系统介绍

2．3．2 生长机理说明

2．3．3 生长过程中的化学反应

2．4 工艺参数分析

2．4．1 生长温度

2．4．2 温度梯度

2．4．3 生长压力

3 SiC晶体生长设备与工艺

3．1 SiC晶体生长设备简介

3．1．1 设备构成

3．1．2 坩埚及保温系统

3．2 主要工艺

3．2．1 预处理工艺

3．2．2 晶体生长工艺

4 SiC同质异晶型的诊断方法

4．1 拉曼光谱(Raman Spectrum)

4．2 电子衍射(Electron Diffraction)

5．1 SiC同质异晶型的影响因素

5．1．1 籽晶

5．1．2 生长温度

5．1．3 气氛Si／C比

5．2 籽晶与原料的处理工艺

5．2．1 籽晶的选择

5．2．2 原料的选择与处理

5．3．1 生长温度的控制

5．3．2 温度梯度的控制

5．3．3 生长压力的控制

5．4 实验结果小结

5．4．1 样品对比

5．4．2 晶型控制工艺小结

6．1 总结

6．2 对晶型控制的进一步设想

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文