碳化矽多型異質結及性能研究

《碳化矽多型異質結及性能研究》是依託西安電子科技大學，由賈仁需擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：碳化矽多型異質結及性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賈仁需
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

本項目開展碳化矽多型異質結製備、物理特性和電學特性測試研究。首先從理論上研究碳化矽多型異質結生長機理及生長動力學研究，分析生長碳化矽異質外延薄膜的機理和工藝條件，得出異質外延碳化矽的工藝技術和工藝條件。然後進行碳化矽異質外延薄膜生長技術的研究，對溫度分布、氣體流量和襯底的截止面等外延主要工藝參數進行最佳化設計，製備出單晶碳化矽多型異質外延。在此基礎上，對碳化矽多型異質結電學特性表征和測試，結合理論分析，得出影響電學特性的關鍵因素，最佳化工藝，得到高二維電子氣密度和遷移率的碳化矽多型異質結。

結題摘要

本項目提出在4H-SiC襯底上外延3C-SiC，形成新型的異質結新結構，期望在新的異質結結構上製備新型的高電子遷移率器件，結合SiC材料其本身的特性，可在高溫，高功率微波器件方面的套用提出一條新選擇。開展這一新型異質結的理論和實驗研究，並對其界面和缺陷進行研究，對於生長出大面積，高質量的3C/4H-SiC異質結，並進行新型SiC高電子遷移率電晶體的研究具有重要的意義。 基於對3C/4H-SiC異質結的生長分析，對4H-SiC襯底的表面刻蝕形貌進行了研究，通過不同時間，不同功率和不同刻蝕氣體的分析，得到了4H-SiC襯底線上刻蝕的速率和形貌的規律，為3C/4H-SiC異質結的生長奠定了基礎。通過實驗，對異質外延3C-SiC的成核溫度進行了研究。發現高溫（1600℃）條件下，外延主要以台階流為主，3C晶形很難成核；1550℃溫度下外延，3C成核率慢慢加大。在此溫度下外延10分鐘的實驗，整片樣片未出現缺陷；在1500℃外延1小時，樣片出現大量的缺陷，說明此溫度下成核率急劇增高。此溫度可以作為後期3C碳化矽三維網狀生長的試驗溫度。 通過工藝最佳化，成功的生長出了3C/4H-SiC異質外延，並通過XRD搖擺曲線和拉曼光譜對外延的晶型和質量進行了表征，確定外延薄膜為3C-SiC單晶。通過表面觀測和分析，對影響外延薄膜大小和質量的缺陷進行了分析。對缺陷的形成原理進行了理論分析，並與工藝參數進行了對比，得到了影響缺陷密度的主要工藝參數，並進行了最佳化，得到了大面積，高質量的3C-SiC外延薄膜。 對不同C面和Si面的4H-SiC異質外延進行了研究，發現Si面外延3C碳化矽結晶度較高， C面外延3C碳化矽結晶度較低。然而由於極化在六方晶系碳化矽晶體的存在，Si面外延3C碳化矽會形成二維空穴氣，C面外延3C碳化矽會形成二維電子氣。但C面的SiC襯底表面硬度低，表面粗糙度比較高，需特殊定製，周期較長。在C面製備高質量的3C碳化矽薄膜是我們以後的主要工作方向。