粉源对碳化硅晶体结晶质量的影响

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1、．西安理工大学硕士学位论文5．1．1体视显微镜简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．275．1．2测试结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．275．2X射线衍射半峰宽测试与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．295．2．1X射线衍射仪简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．295．2．2测试结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．316结束语⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯356．1总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．356．2对今后工作的展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3

2、5致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．37参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯39l“、-’，‘f●f●第一章绪论1绪论硅(Si)和砷化镓(GaAs)作为第一代、第二代半导体材料的典型代表，对电子工业的发展做出了极大的贡献，为人民的生活带来了翻天覆地的变化。碳化硅(SIC)材料是继硅、砷化镓之后的第三代半导体材料，它和砷化镓、硅材料相比具有击穿场强高、电子饱和漂移速度高、禁带宽度大、抗辐射能力强、化学稳定性好等显著的优势。因此在光电子器件、高温电子器件、尤其是高频大功率器

3、件等领域倍受青睐。1．1碳化硅简介1．1．1SiC的晶体结构SiC是Si和C的唯一稳定化合物，也是Ⅳ族元素中唯一的一种固态碳化合物。碳化硅的一个重要特点是具有许多种同质异构体(polytype，或称同质异形体)，即在化学计量成分相同情况下具有不同的晶体结构。理论上SiC有无穷多种同质异构体，迄今为止观察到的同质异构体就有200余种Ⅲ。从晶体结构的对称性的角度考虑，SiC的晶体结构可以分为立方、六方和菱形三大类型。通常将2H—SiC、4H—SiC、6H—SiC、15R—SiC等六方结构或菱形结构统称为Q-

4、SiC，将唯一的闪锌矿结构的多型体3C—SiC称为B～SiC。在碳化硅晶体结构的这种命名方式中，字母代表的是晶体结构的类型，字母前的数字代表的是一个堆垛周期内包含的双原子层的数目‘21。尽管碳化硅有如此多的同质异构体，但其结构规律却并不复杂。所有这些同质异构体都可看成是由正四面体结构的Si—C双原子层堆垛而成，在该四面体内，每一个C原子都被4个Si原子包围，而每一个Si原子也被4个C原子紧密包围。每个原子与其周围的4个最近邻原子通过很强的sp3共价键结合成一个正四面体结构，如图卜1所示区分各种同质异构体

5、的唯一依据就是Si、C双原子层的堆垛次序。若将Si_C双原子层作为一个整●Siatom●Catom图卜1SiC的正四面体结构‘3’Fig．1·1BasictetrahedronofSiC西安理工大学硕士学位论文体依序排列，设第一个双原予层的位置为A，第二个双原子层的两个密堆积位置分别记为B和C，则Si-C双原子层的堆垛次序可用A、B、C三个字母的周期组合来表示。如2H—SiC的堆垛次序为AB—AB⋯，堆垛周期为2个Si_C双原子层；6H-SiC的堆垛序列为ABCACB—ABCACB⋯，堆垛周期为6个Si

6、—C双原子层；3C—SiC的堆垛次序为ABC-ABC⋯，堆垛周期为3个Si—C双原子层；图卜2是几种常见的SiC晶型的Si-C双子层的堆垛序列。3C和2H分别是最简单形式的立方相和六方相，而对6H等其它的多型体则可以看做前两者以某种形式或比例的混合，从而在其中含有立方和六方的不等价位置。锊A篁黔C、一。：≤兰：≥，／圆B茵A圆C弋Z萝圆B茜A◆Cl●Si曷A圆B茵A圆B镑A圆B茵A3C．SiC2H—SiC·嚣A●弋29nil圆B镪翌箩▲晕黔C、“二Z：。∥圆C獭B茵A圆B圆C圆B茵A4H—SiP图卜2S

7、iC同质异构体堆垛结构图‘31Fig．1—2SiChomogeneousisomersstackingstructure1．1．2SiC的半导体特性与应用虽A气封A镫B圆C茵A圆C圆B茵A6l薯&lfSiC材料的独特性质决定了其作为半导体器件应用的特点，大的禁带宽度提高了器件的工作温度上限和抗辐射能力；介电常数则与器件的阻抗有关，小的介电常数适合制作大功率微波器件。一般来讲，低介电常数和宽禁带是理想的材料特性。载流子饱和速度决定器件的最大工作频率，高的载流子饱和漂移速度使得器件可以获得高的工作频率。材料

8、的临界击穿电场强度和热导率决定了器件的最大功率传输能力，高的临界击穿电场强度和热导率可以使器件工作在更高的功率下。2r曩、～·I。、Jp‘《o第一章绪论表卜1列出了SiC材料和Si、GaAs等材料的特性比较，从表中能够看到几种常见SiC同异构体的禁带宽度都比较大，大约是硅的两倍还多，这保证了SiC器件可以在较高的温度下工作，并且有良好的抗辐射能力，同时亦是一种很有潜力的短波可见光发光材料；SiC晶体的导热特性相比Si和GaAs都比较高，约是