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《摻雜sic薄膜的結(jié)構(gòu)及物性研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、摻雜SiC薄膜的結(jié)構(gòu)及物性研究第一章引言21R)存在，它們也屬于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。在所有已發(fā)現(xiàn)的多型中，能穩(wěn)定存在的只有3c，2H，4H，6H和15R。不N]SiC多型體在Si—C雙層密排面的晶格排列完全相同，它們有相同的化學(xué)性質(zhì)，但是在物理性質(zhì)，特別是在半導(dǎo)體特性方面表現(xiàn)出各自的特性。利用SiC的這一特點(diǎn)可以制作SiC不同多型體間晶格完全匹配的異質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)和超晶格，從而獲得性能極佳的器件SiC具有非常高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。在任何合理的溫度下，其體內(nèi)的雜質(zhì)擴(kuò)散都幾乎不存在[141。室溫下，它能抵抗任何材料特性SiGaAsSiC金剛石禁帶寬度1．1l1．42．92．25．5Eg／eV電子遷
2、移率1400850060010002200．#cm2．V-I"s-1電子飽和速度l22．52．7V一107cm．s-1擊穿場(chǎng)強(qiáng)0．20．44310EJl06V．m‘1介電常數(shù)￡11．812．89．75．5熱導(dǎo)率L5O．54．920丸／W．cm-1．oC。l熔點(diǎn)Pc‘1142012382100相變表1．2．1幾種半導(dǎo)體材料有關(guān)參數(shù)比較已知的酸性蝕刻劑。這些性質(zhì)使SiC器件可以在高溫下保持可靠性，并且能在苛刻的或腐蝕性的環(huán)境中正常工作。SiC其它的優(yōu)良特性見(jiàn)表1．2．1。由于上世紀(jì)90年代中期在單晶制備及外延技術(shù)上的突破性進(jìn)展，使近年來(lái)對(duì)SiC器件的研究受到廣泛重視，這基于3個(gè)方面的原因：首先
3、是可發(fā)展高溫(>300℃)、大功率及低損耗電子器件：第2是制成高亮度發(fā)光管，從而使人類獲得高重復(fù)性、長(zhǎng)壽命的全色(包括白光)光源：第3是能制成短波長(zhǎng)激光器(束斑尺寸小，可實(shí)現(xiàn)高密度數(shù)據(jù)光存儲(chǔ))及紫外探測(cè)器。表1．2．2列出了SiC材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域。摻雜SiC薄膜的結(jié)構(gòu)及物性研究第一章引言特性器件應(yīng)用寬帶隙高溫電子器件和集成電路各種高溫環(huán)境短波長(zhǎng)發(fā)光器件全彩色顯示藍(lán)光激光二極管高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)紫外光敏二極管發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)、控制抗輻射器件核戰(zhàn)場(chǎng)、核電、宇航異質(zhì)結(jié)器件各種電子系統(tǒng)高擊穿場(chǎng)強(qiáng)高性能功率器件電子控制系統(tǒng)高壓器件電力電子系統(tǒng)高密度IC封裝各種電子系統(tǒng)高電子遷移率微波器件相控陣?yán)走_(dá)、通信廣播
4、高速器件軍用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理高熱導(dǎo)率高集成度IC各種電子系統(tǒng)良好熱耗散的大功率器件衛(wèi)星、航空系統(tǒng)表1．2．3SiC材料的應(yīng)用領(lǐng)域高溫和大功率半導(dǎo)體器件：SiC材料的寬禁帶和高溫穩(wěn)定性使得它在高溫半導(dǎo)體器件方面有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。采用SiC材料已制成了MESFET、MOSFET、JFET、BJT等多種器件，它們的工作溫度可達(dá)到5000C以上，為工作于極端環(huán)境下的電子系統(tǒng)提供了可能。在軍用武器系統(tǒng)、航空航天、石油地質(zhì)勘探等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。微波及高頻半導(dǎo)體器件：由于SiC具有較高的遷移率、飽和漂移速度以及高臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)，是良好的微波和高頻器件材料。已制成f。達(dá)42GHz以上的SiCMESFET，加之高
5、工作溫度和高熱導(dǎo)率，在軍用相控陣?yán)走_(dá)、通信廣播系統(tǒng)中有明顯的優(yōu)勢(shì)。美國(guó)已將其應(yīng)用于新研制的HDTV數(shù)字廣播系統(tǒng)之中。1．3薄膜生長(zhǎng)1．3．1分子束外延法分子束外延∞E)是一種真空蒸發(fā)技術(shù)，即把原材料通過(guò)加熱，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，然后在真空中膨脹，再在襯底上凝結(jié)，進(jìn)行外延生長(zhǎng)。由于半導(dǎo)體薄膜要求的高純度，4摻雜SiC薄膜的結(jié)構(gòu)及物性研究第一章引言所以這種技術(shù)主要依賴于真空技術(shù)的發(fā)展。隨著超高真空技術(shù)的發(fā)展、源控制技術(shù)的進(jìn)步、襯底表面處理技術(shù)以及生長(zhǎng)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)的改進(jìn)，這種方法已經(jīng)成為比較先進(jìn)的薄膜生長(zhǎng)技術(shù)。分子束外延生長(zhǎng)方法優(yōu)于液相外延法和氣相外延生長(zhǎng)法，晶體(薄膜)的生長(zhǎng)過(guò)程是在非熱平衡條件下
6、完成的，受基片的動(dòng)力學(xué)條件制約，這是分子束外延法與在近平衡條件下進(jìn)行的液相外延生長(zhǎng)的根本區(qū)別[15]。采取低溫分子束外延法(LT刊BE)限制了新相的析出，以及材料生長(zhǎng)過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，借助于反射式高能電子衍射圖(RHEED)分析樣品[16]表面的再構(gòu)過(guò)程以及組分流量比例的改變和溫度變化來(lái)控制材料的性能[173。生長(zhǎng)過(guò)程中不同的組分并不是嚴(yán)格按照化學(xué)配比進(jìn)行的，元素以間隙原子方式及占據(jù)其他晶格位置存在，對(duì)DMS的性質(zhì)產(chǎn)生一定影響[18]。因而這方面仍然需要進(jìn)一步開(kāi)展研究工作，從而對(duì)材料的制備過(guò)程和性質(zhì)之間的關(guān)系有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。1．3．2離子束注入法目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了用離子注入方式來(lái)進(jìn)行這
7、方面的研究工作[19，20]。室溫下1017cm-3的空穴濃度的塊狀6HSiC薄膜(A1摻雜)由在3-'-,5X1016cm{劑量下250key[21，22]的Mn+或者Fe+注入(到Si面)。樣品在注入階段保持小350℃避免無(wú)定形。注入條件被設(shè)計(jì)產(chǎn)生3原子％Mn的平均濃度或者5原子％Fe的平均濃度越過(guò)進(jìn)入SiC的20001的深度。樣品隨后在流動(dòng)的N：下用注入面和Si薄膜相靠在700"C退火[23]。1．3．3高溫化學(xué)氣
