溫度對于實現(xiàn)SiC薄膜晶型轉(zhuǎn)變

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1、溫度對于實現(xiàn)SiC薄膜晶型轉(zhuǎn)變的研究進展摘要：SiC最顯著的特征是同質(zhì)多型體現(xiàn)象，不同晶型的SiC性質(zhì)也有所不同，其晶型的穩(wěn)定性也有差別【1】。溫度做為一種實驗過程參數(shù)，可以有效的改變樣品結(jié)構(gòu)。因而通過控制實驗過程中的溫度來實現(xiàn)對薄膜晶型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變是很有研究意義的。本文主要介紹了襯底溫度和退火溫度對薄膜的結(jié)構(gòu)以及發(fā)光特性的影響，系統(tǒng)闡述了溫度對于晶型轉(zhuǎn)變過程的研究進展。說明利用射頻磁控濺射法在Si襯底上生長SiC薄膜過程中溫度的重要性，為下一步通過控制實驗溫度來實現(xiàn)SiC薄膜的同質(zhì)異構(gòu)生長及其界面特性做更深層的探究。關(guān)鍵詞：SiC薄膜射頻

2、磁控濺射結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度引言：碳化硅（SiC）作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其優(yōu)秀的物理化學(xué)性質(zhì),例如高載流子飽和漂移速度、高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場等特點，在高溫、高頻、大功率和抗輻射等方面有巨大的應(yīng)用潛力，近年來對SiC材料進行了廣泛深入的研究【2】。然而，在具體應(yīng)用方面還有許多困難，原因之一是SiC體單晶制備難度大，而且價格昂貴，因此研究主要集中在硅材料上的異質(zhì)外延【3】。多年來人們通過不懈努力推動了制備技術(shù)的發(fā)展,但是要使半導(dǎo)體獲得更廣泛的應(yīng)用還面臨巨大挑戰(zhàn)。例如大尺寸、均勻、低缺陷密度、同質(zhì)多型的高純度單晶材料的制備由于是間接帶隙半

3、導(dǎo)體,發(fā)光效率不高,如何拓展其在光電子器件方面的應(yīng)用也是目前需要解決的問題層錯擴張會導(dǎo)致器件出現(xiàn)退化現(xiàn)象,如何消除這種缺陷,也面臨不少困難。總之在很多方面有著廣泛的應(yīng)用,但目前還有許多問題需要解決。目前,對SiC外延膜已做了廣泛、深入的研究.對其結(jié)構(gòu)及光電特性的研究已相當(dāng)成熟.研究表明,制備方法及工藝參數(shù)對薄膜的成份、結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)等都有重要的影響【20-22】,因此研究工藝參數(shù)對薄膜生長特性及其性質(zhì)的影響很重要,但對于溫度對SiC薄膜晶型轉(zhuǎn)變的的影響報道很少。本文通過綜述襯底溫度和退火溫度對薄膜的結(jié)構(gòu)以及發(fā)光特性的影響，闡述了下一步實現(xiàn)

4、SiC薄膜的同質(zhì)異構(gòu)生長并對其界面進行研究。一．碳化硅的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用1．SiC的結(jié)構(gòu)【4】SiC是ⅳ-ⅳ族二元化合物半導(dǎo)體,也是元素周期表ⅳ族元素中唯一一種固態(tài)化合物。按照晶體化學(xué)的觀點,構(gòu)成SiC的兩種元素Si和C,每種原子被四個異種原子所包圍,如圖1.1所示,通過定向的強四面體SP3鍵結(jié)合在一起,并有一定程度的極化。SiC晶體具有很強的離子共價鍵,這反映了是一種結(jié)合能量穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。SiC具有很高的德拜溫度,達到1200-1430K,因此決定了材料對于各種外界作用的穩(wěn)定性,在力學(xué)、化學(xué)等方面具有優(yōu)越的技術(shù)特性。圖1．1SiC的正四

5、面體結(jié)構(gòu)圖1.2C-Si的雙層及排列SiC晶體結(jié)構(gòu)具有超過200種的同質(zhì)異構(gòu)體,如閃鋅礦結(jié)構(gòu)、纖鋅礦結(jié)構(gòu)和菱形結(jié)構(gòu)。一般把纖鋅礦結(jié)構(gòu)和菱形結(jié)構(gòu)的SiC多型體統(tǒng)稱為α-SiC,把閃鋅礦結(jié)構(gòu)的SiC稱為β-SiC。對于六方晶系,C軸垂直于三個相等而相互夾角為1200的軸b和d。所有這些晶體有著十分類似的結(jié)構(gòu)：它們都是由垂直于軸線的完全相同的層組成。然而,由于相同層的堆垛次序不同導(dǎo)致在軸方向上每一種結(jié)構(gòu)有各自特定的重復(fù)周期。如圖1.3所示,將SiC雙分子層看作一個基本單元,則每個SiC雙分子層相對格柵來說可處于三個不同的位置,分別由A、B、C

6、表示。雙分子層的堆積次序決定了相鄰雙分子層平面中的C,Si原子結(jié)合或呈現(xiàn)閃鋅礦結(jié)構(gòu)或呈現(xiàn)纖鋅礦結(jié)構(gòu)。如果堆垛順序為ABC-ABC-…,則為閃鋅礦結(jié)構(gòu),簡寫為3C-SiC。對于2H-SiC,堆垛順序為AB-AB-…為纖鋅礦結(jié)構(gòu)。同理,對于4H-SiC和6H-SiC的堆垛次序分別為ABAC-ABAC-…和ABCACB-ABCACB-…,為纖鋅礦結(jié)構(gòu)。圖1.33C-SiC、2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC雙分子層的堆垛層次圖1.4六方型SiC晶胞和立方型晶胞的重要晶面和晶向2.SiC的物理和化學(xué)性質(zhì)【5】1.力學(xué)性質(zhì)：SiC的莫氏硬度

7、為9.2-9.3?？耸嫌捕葹?000㎏/㎜2,它的耐磨性比較高,如此使得SiC具有好的切割性,可用來切割紅寶石.2.光學(xué)性質(zhì)：可用來制作發(fā)光二極管具有較好的發(fā)光性能。因為SiC的禁帶寬度較大,所以在紫外范圍內(nèi)有較強吸收,還可用來制作高效的紫外探測器。在紅外范圍內(nèi),SiC的光學(xué)支聲子能量在95-105meV之間,因而在這個能量范圍內(nèi)的紅外光有較高的反射效率,其反射率幾乎接近1。其他范圍的紅外光的反射率較低。3.熱學(xué)性質(zhì)：SiC的熱穩(wěn)定性比較高,在常壓下不可能熔化,高溫下升華分解為C和含Si的SiC蒸汽,殘留下來的石墨以原晶體的鷹形存在.。

8、4.化學(xué)性質(zhì)：SiC化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐強酸強堿,因而可用SiC作表面防腐蝕層.。5.電學(xué)性質(zhì)：SiC作為典型的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料,優(yōu)異的電學(xué)性能使其在軍事、航天等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。不同的晶型的電學(xué)參數(shù)也