掺杂sic薄膜的结构及物性研究

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1、掺杂SiC薄膜的结构及物性研究第一章引言21R)存在，它们也属于六方纤锌矿结构。在所有已发现的多型中，能稳定存在的只有3c，2H，4H，6H和15R。不N]SiC多型体在Si—C双层密排面的晶格排列完全相同，它们有相同的化学性质，但是在物理性质，特别是在半导体特性方面表现出各自的特性。利用SiC的这一特点可以制作SiC不同多型体间晶格完全匹配的异质复合结构和超晶格，从而获得性能极佳的器件SiC具有非常高的热稳定性和化学稳定性。在任何合理的温度下，其体内的杂质扩散都几乎不存在[141。室温下，它能抵抗任何材料特性SiGaAsSiC金刚石禁带宽度1．1l1．42．92．25．5Eg／eV电子迁

2、移率1400850060010002200．#cm2．V-I"s-1电子饱和速度l22．52．7V一107cm．s-1击穿场强0．20．44310EJl06V．m‘1介电常数￡11．812．89．75．5热导率L5O．54．920丸／W．cm-1．oC。l熔点Pc‘1142012382100相变表1．2．1几种半导体材料有关参数比较已知的酸性蚀刻剂。这些性质使SiC器件可以在高温下保持可靠性，并且能在苛刻的或腐蚀性的环境中正常工作。SiC其它的优良特性见表1．2．1。由于上世纪90年代中期在单晶制备及外延技术上的突破性进展，使近年来对SiC器件的研究受到广泛重视，这基于3个方面的原因：首先

3、是可发展高温(>300℃)、大功率及低损耗电子器件：第2是制成高亮度发光管，从而使人类获得高重复性、长寿命的全色(包括白光)光源：第3是能制成短波长激光器(束斑尺寸小，可实现高密度数据光存储)及紫外探测器。表1．2．2列出了SiC材料的主要应用领域。掺杂SiC薄膜的结构及物性研究第一章引言特性器件应用宽带隙高温电子器件和集成电路各种高温环境短波长发光器件全彩色显示蓝光激光二极管高密度数据存储紫外光敏二极管发动机监测、控制抗辐射器件核战场、核电、宇航异质结器件各种电子系统高击穿场强高性能功率器件电子控制系统高压器件电力电子系统高密度IC封装各种电子系统高电子迁移率微波器件相控阵雷达、通信广播

4、高速器件军用系统、数据处理高热导率高集成度IC各种电子系统良好热耗散的大功率器件卫星、航空系统表1．2．3SiC材料的应用领域高温和大功率半导体器件：SiC材料的宽禁带和高温稳定性使得它在高温半导体器件方面有无可比拟的优势。采用SiC材料已制成了MESFET、MOSFET、JFET、BJT等多种器件，它们的工作温度可达到5000C以上，为工作于极端环境下的电子系统提供了可能。在军用武器系统、航空航天、石油地质勘探等领域应用广泛。微波及高频半导体器件：由于SiC具有较高的迁移率、饱和漂移速度以及高临界击穿场强，是良好的微波和高频器件材料。已制成f。达42GHz以上的SiCMESFET，加之高

5、工作温度和高热导率，在军用相控阵雷达、通信广播系统中有明显的优势。美国已将其应用于新研制的HDTV数字广播系统之中。1．3薄膜生长1．3．1分子束外延法分子束外延∞E)是一种真空蒸发技术，即把原材料通过加热，转化为气态，然后在真空中膨胀，再在衬底上凝结，进行外延生长。由于半导体薄膜要求的高纯度，4掺杂SiC薄膜的结构及物性研究第一章引言所以这种技术主要依赖于真空技术的发展。随着超高真空技术的发展、源控制技术的进步、衬底表面处理技术以及生长过程实时监测技术的改进，这种方法已经成为比较先进的薄膜生长技术。分子束外延生长方法优于液相外延法和气相外延生长法，晶体(薄膜)的生长过程是在非热平衡条件下

6、完成的，受基片的动力学条件制约，这是分子束外延法与在近平衡条件下进行的液相外延生长的根本区别[15]。采取低温分子束外延法(LT刊BE)限制了新相的析出，以及材料生长过程中的实时监控，借助于反射式高能电子衍射图(RHEED)分析样品[16]表面的再构过程以及组分流量比例的改变和温度变化来控制材料的性能[173。生长过程中不同的组分并不是严格按照化学配比进行的，元素以间隙原子方式及占据其他晶格位置存在，对DMS的性质产生一定影响[18]。因而这方面仍然需要进一步开展研究工作，从而对材料的制备过程和性质之间的关系有一个深刻的认识。1．3．2离子束注入法目前国内外已经开展了用离子注入方式来进行这

7、方面的研究工作[19，20]。室温下1017cm-3的空穴浓度的块状6HSiC薄膜(A1掺杂)由在3-'-,5X1016cm{剂量下250key[21，22]的Mn+或者Fe+注入(到Si面)。样品在注入阶段保持小350℃避免无定形。注入条件被设计产生3原子％Mn的平均浓度或者5原子％Fe的平均浓度越过进入SiC的20001的深度。样品随后在流动的N：下用注入面和Si薄膜相靠在700"C退火[23]。1．3．3高温化学气