si(111)衬底上3c—sic的超低压低温外延生长new

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1、维普资讯http://www.cqvip.com严飞等：si(111)衬底上3C—SiC的超低压低温外延生长Si(111)衬底上3C-SiC的超低压低温外延生长①严飞②郑有史斗③陈平孙澜顾书林朱顺明李雪飞韩平(南京大学物理系南京210093)摘要研究发展了一种si衬底上低温外延生长3C—SiC的方法。采用LPCVD生长系统，以siH4和C2H4为气源，在超低压(30Pa)、低温(900℃)的条件下，在si(111)衬底上外延生长出了高质量的3C—SiC薄膜材料。采用俄歇能谱(AES)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)等分析手段研究了SiC薄膜的外延层组

2、分、晶体结构及其表面形貌。AES结果表明薄膜中的Si／C的原子比例符合SiC的理想化学计量比，XRD结果显示了3C—SiC外延薄膜的良好晶体结构，AFM揭示了3C—SiC薄膜的良好的表面形貌。关键词碳化硅，异质外延生长，低压化学气相淀积条件下，利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法在si0引言(111)衬底上一步直接成功异质外延得到3C—SiC单晶的薄膜材料。文中采用了AES，XRD，AFM测试作为一种新型的宽禁带半导体材料，SiC以其分析SiC外延薄膜的特性。在禁带宽度、载流子迁移率、热导率、临界击穿电场强度等方面相对于Si和GaAs的优势越来越受到关1实验注l

3、1j。由于SiC单晶的衬底十分昂贵，所以在Si衬底上异质外延SiC的技术显得越来越重要。虽然Si实验中，我们采用了siH4+C2H4+H2的生长和SiC的晶格常数失配为20％，热膨胀系数失配为气源，n型Si(111)为外延衬底。硅衬底依次在丙8％，但是在目前的实验条件下已经可以实现低缺陷酮、无水乙醇中超声清洗后，然后在NH4OH—H2o，一密度的异质外延生长。在200多种SiC的结晶形式H2o(1：2：5)和HC1一H2O2一H2O(1：2：6)中依次煮沸中，只有3C—SiC(也称为口一SiC)和Si一样，同属于立10min，最后用稀释过的HF酸腐蚀lmin左右，

4、以除方晶系，都是闪锌矿结构，而且3C—SiC的电子迁移去表面的氧化层。在经氮气吹干后，将衬底迅速装率高达lO00cm／V·s左右_2，3J，所以3C—SiC更加适入背景真空度为10Torr的外延生长系统，采用机合于在si衬底上的外延生长，并被用于制作高温、械泵和分子泵抽空。通入氢气，在氢气的保护下对高频、大功率器件，深受国内外重视。衬底加热至生长温度(900℃)，然后同时通入Sil目前SiC外延生长的主要方式是化学气相沉积和C2H4进行SiC的外延生长，反应室的压强为(CVD)和分子束外延(MBE)。通常的CVD技术都30Pa左右。Si、C原子的浓度用AES测定，

5、SiC的结在高温(高于1200℃)的条件下，通过两步法进行构用XRD(Cu靶Ka线)确定，样品的表面形貌用的，也就是先将si衬底暴露在单一的碳氢化合物中DigitalInstrumentsNanoscopeIIIaAFM进行观察进行短暂的碳化生成缓冲层，然后在缓冲层的基础和表征。上开始SiC薄膜的外延生长l4，。CvD技术生长SiC所用2结果与讨论的反应气源为Sil4和CH4，或者是SiH4和HR。本文研究发展图1是样品通过俄歇能谱测量的si、C原子浓了采用Sil4和C2H4为气源，在度及其随溅射时间的变化关系。可以看出，从一开超低压(30Pa)、低温(900℃)

6、的①973规划(G20000683)和国家自然科学基金(60136020)资助项目。②男，1981年生，大学；研究方向：半导体材料生长和物性表征研究③联系人。(收稿日期：2002—04—23；修订日期：2002—06—10)维普资讯http://www.cqvip.com高技术通讯2002．11始到1300s左右外延薄膜中的Si和C的原子浓度半高宽(FWHM)只有0．28。，表明外延薄膜是良好都在50％左右，两者的比例几乎为1，非常接近于的3C—SiC单晶薄膜。通过Debye—Scherrer公式可SiC的理想化学计量比，这说明样品表面是SiC的以算出晶粒的平均大

7、小约为60nm。结晶层。图中表明在样品表面有少量的O，这是由图3为AFM原子力显微镜观察到的样品表面于样品在空气中暴露引起的。但在溅射了很短的时形貌(500nm×500nm)。薄膜表面晶粒的平均大小间后，O的含量迅速减少了，这说明外延层表面的氧约为70nm，这与前面通过XRD衍射谱的半高宽计化层非常薄同时也说明了SiC的强抗氧化性。至算得到的结果比较接近，进一步证实了实验得到的于外延层内的微量O，我们认为是系统测量中的噪外延薄膜的良好结构。声所致。在1300s以后，样品中的C原子浓度迅速下降至接近于零，而Si原子浓度则迅速上升到100％。在2000s左右，外延薄膜

8、被完全溅射