基于CVD工艺的3C_4H-SiC异质外延：缺陷表征及演化

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1、财｛？觀姜專＿博士学位论文＿參圓３Ｃ－基于ＣＶＤ工艺的／４ＨＳｉＣ异质外延：Ｉ缺随征及演化作者姓名辛斌Ｖ职称张玉明指导麵姓名＿—圓西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而

2、使用过的材料一。与我同工作的同事对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。本人签名：日期：Ｍ义２？■％西安电子科技大学关于论文使用授权的说明＊＊本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，ｇ卩：研宂生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许釆用影印、缩印或其它复制手段保存论文。

3、同时本人保证，结合学位论文研宄成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。：导师签名本人签名：曰期：日期：学校代码10701学号1211110303分类号TN4密级公开西安电子科技大学博士学位论文基于CVD工艺的3C/4H-SiC异质外延：缺陷表征及演化作者姓名：辛斌一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学博士指导教师姓名、职称：张玉明教授学院：微电子学院提交日期：2016年9月3C/4H-SiCH

4、etero-epitaxyViaCVD:CharacterizationandEvolutionofDefectsAdissertationsubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinMicroelectronicsandSolid-StateElectronicsByBinXinSupervisor:YuMingZhangTitle:Professo

5、rSeptember2016摘要摘要与同质结结构相比，半导体异质结结构表现出一些特有的性质。如由于在垂直异质结面方向上的导带势阱中强束缚而形成的二维电子气充当载流子,使其具有很高的流动密度以及迁移特性。一般而言异质结结构都是由异种元素材料―对接‖构成，由相同元素但不同晶型的结构构成的新型异质结在最近被提出。这种新型异质结结构可以避免由异种材料构成异质结而引起的一些棘手问题。例如通常情况下，同一晶体材料的立方晶系晶型(111)晶面跟六方晶系晶型的(0001)面之间的晶格失配是可以忽略的。由于不同晶型间的

6、化学组分相同，异质结两侧也可以避免元素相互扩散。在所有由同种元素构成的异质结结构的材料中，碳化硅材料被认为是最佳候选者。这是因为不同的SiC晶型间有着较大的带隙差。如3C-SiC属于立方晶系，其禁带宽度为2.3eV，而4H-SiC属于六方晶系，禁带宽度为3.2eV。其它半导体材料，如ZnS、CdS、GaN等等，不同晶型间的带隙差通常小于0.1eV。所有的这些特性都表明SiC材料做为新型的异质结结构在制备新型高电子迁移晶体管方面存在巨大潜力。本论文系统地研究基于CVD工艺3C/4H-SiC异质结结构的制

7、备并重点讨论了3C-SiC薄膜中存在的缺陷表征及其演化问题。主要的研究成果如下：1、通过分步实验方法，研究Si面4H-SiC上外延3C-SiC薄膜缺陷的演化。结果表明刻蚀阶段出现的宏观台阶与DPB缺陷有直接关系。因此，通过抑制宏观台阶的出现可有效地降低DPB缺陷密度。抑制宏观台阶出现的手段有：缩短刻蚀时间、采用半绝缘片作为衬底（低掺杂）、在刻蚀工艺中通入硅烷或丙烷等保护气体。2、成功地制备出高质量3C-SiC外延层。通过优化工艺流程，外延层质量逐步得到改善，实验中最终得到平方毫米级别无DPB缺陷的优质

8、外延薄膜。其生长工艺参数为：i）、将4H-SiC在富硅环境中加热刻蚀。将4sccm的硅烷通入到80slm的H2中从室温加热到1600℃；ii）、将硅烷的阀门关闭3分钟，这一阶段是为了去除富硅环境中引入的Si元素；iii）、C3H8作为反应前的先导气体引入到反应腔中。这一过程丙烷的通入量为4.2sccm，持续30秒；iv）、是SiH4、C3H8源气体的流量设定为标准外延流量以进行同质外延；v）、异质外延阶段是通过降温成核方式进行的。这一过程是在3个小时内将