sic单晶抛光片的制备与表征

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1、独‘创‘，性声，明秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明i本人所呈交的学位论文是我令人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果0枣我所知0除特别加以标注和致谢的地方外；?论文中不包含其他入的研究成果’。i与我_同工作的同志对本文所研究的i作和成果的任何贡献均已在论文中作了．明确的说明并已l致谢；本论文及其相关资料若有不实之处≯由本人承担÷切相关责任论文作者签名．；矗豆墟。?2神e年≤．月：P日学位论文使用授权声明夸奈叩，。鬓裳臻：在导师的指导下~创作客成毕避论，文≮誊入已通过论文的答辩÷并已经在西安理工大学申请博士一预士学位二?本人作为学位论文著作权拥有者，’伺意授权西

2、安理工大学拥有学位论文的部分使用权；。即’；‘气§：已获学位的研究生按学校规定提交印刷版和电子版学位论文≯i学校可以采用影印；‘?缩印或其他复制手段保存研究生生交的学位论文≯e可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索l’’2)j为教学和科研目的j，一学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆～‘资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读：～浏览?本人学位论文全部或部分内容的公布。．·：(包括刊登，．授权西安理工大学研究生部办趣：。(保密的学位论文在解密后i．}_适用本授权说明)’论文作暑签冬；毯!墨经。，号痈签名；‘．’一、‘捃年多，J。月西目第一章

3、绪论1绪论碳化硅(SIC)作为第三代宽带隙半导体的代表材料之一具有极为优良的理化性能：与第一代半导体Si和第二代半导体GaAs等单晶材料相比，具有禁带宽度大(2．2～3．3eV)、热导率高(4．9W／cm·K)、电子饱和漂移速率大(2"--'2．5cm／s)、临界击穿电场高(1．5--一3．2x106V／em)汞l相对介电常数低(9．7～lo)等特点Ⅲ。在高频、大功率、耐高温、抗辐照半导体器件及紫外探测器和短波发光二极管等方面具有广泛的应用前景[2-31．除此之外，SiC由于其较高的弹性模量、适中的密度、较小的热膨胀系数、耐热冲击性、高的比刚度、高度的尺寸和化学稳定性14-

4、71越来越广泛的应用于空间光学系统和激光元器件中18-91．因此，SiC是微电子、电力电子和光电子等高新技术进入21世纪后赖以继续发展的重要半导体材料之一。随着SiC单晶生长技术的日趋成熟，如何获得具有完美表面的SiC单晶抛光片成为材料应用的关键技术之一。为了制造高性能的SiC电力电子器件，要求晶片晶格完整，具有平整度极高的无损伤超平滑表面，且无晶向偏差。因为即使表面存在微小缺陷，都将破坏晶体材料的表面性能，甚至导致结晶构造的变化，影响器件的电学性能，如：PN结低压击穿、漏电流增加和短路等。1．1SiC单晶材料概述SiC单晶由正四面体型Si—C双原子层堆垛而成，如图1-1所

5、示。结晶过程是将双原子层作为一个整体依序排列，厚度为2．5A[10l双原子层之间由共价键相连。．●8i8tolll●Catonl图1-1基本的Si-C四面体Fig．1-1BasictetrahedronofSi-C双原子层造成SiC晶片表面极性分别为Si面和C面。材料的去除为双原子层之间共价键的断裂，晶片极性不改变。对SiC单晶片Si面和C面的鉴别，无论对SiC晶片的生产、加工以及器件的制造都十分重要1111可以用熔融的盐对晶片进行刻蚀，根据表面形貌和刻蚀速率的不同进行鉴别1121。由于Si．C双原子层的堆垛顺序不同SiC具有许多同质异型体(polytypes)。虽然迄今为

6、止观察到的SiC同质异晶型已多达200余种1131但总体可以分成两个晶系：立方晶系的B-sic具有闪锌矿结构，亦称3c．SiC；六方晶系的a-SiC，其晶体结构或为六方体(HexagonM)型，或为菱方体(Rhombohedral)型，分别用数字加字母H或R表示。而常见的单晶锭为六方晶系的6H．SiC和4H—SiC。西安理工大学硕士学位论丈众所周知．单晶的解离面为原子的面密度和面间距最大的面。由此可知，六方晶系的晶体的解离面为(0001)面。但6H．SiC和4H．SiC的六方百分比“41都不是100％，分别为33％和50％．所以它们的(0001)面为不完全解离面。凼此，不可

7、能通过加工使晶体沿解离面完全断裂，进而提高单晶加工效率，也不存在材料断裂晶面的择优晶向。6H．SiC作为硬脆材料的典型代表与常见的硬脆材料的力学参数如表1-1。根据表中列出的努普(Knoop)硬度值，可以看出6H-SiC单晶的硬度是刚玉的18倍，石英的3倍，仅小于金刚石。6H．SiC的抗压强度高于其抗弯强度，材料表现为较大的硬脆性。所以，在SiC单晶的加工过程中，主要使用金刚石作为机械去除的主要载体。机械去除时磨粒的拉应力作用大于压应力作用。表1-1碳化硅和几种硬脆材料的力学参数比较“’”1三生望!：!!!竺竺!竺