PVT法生长6H-SiC单晶工艺的初步探索

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本文利用PVT法生长6H-SiC单晶的原理和生长设备的构成与功能,探索了用PVT法生长6H-SiC单晶的工艺,并利用自制的碳化硅晶体生长设备成功地进行了生长6H-SiC单晶锭的实验。  论文首先简要介绍在未安装籽晶的情况下,SiC粉料在石墨坩埚下部升华,在坩埚上部石墨盖上再结晶为多晶锭的实验摸索过程。经过这些实验摸索,初步掌握了SiC粉料按适当速率分解升华的基本工艺条件、以及在这些条件下SiC多晶体的生长速率。在此基础上,通过对温度和背景压力等工艺参数的调整,基本掌握了有效控制SiC晶体生长过程的方法。最后,建立了6H-SiC单晶生长的工艺条件,进行了四次不同的6H-SiC单晶生长实验:  (1)第一次:生长时间为24h,晶锭直径约为2英寸,长度约为4.1~5.36mm,平均生长速率约为0.197mm/h。晶锭表面状态良好,为绿色透明体,X射线衍射分析表明该晶锭为6H-SiC单晶。  (2)第二次:以第一次实验长出的晶锭为籽晶,用新坩埚装新料作二次生长,生长时间为60h,生长过程中发生坩埚穿孔,实验失败。  (3)第三次:生长时间为47h,晶锭直径约为2英寸,长度约为7.1~24.2mm,平均生长速率约为0.333mm/h。因晶锭的生长前沿在生长后期与升华源表面接触而使热场发生明显变化,影响了晶锭的正常生长,晶锭表面形貌粗糙,大部分呈灰色;  (4)第四次:生长时间为30h,晶锭直径约为2英寸,长度约为4.7~8.8mm,平均生长速率约为0.225mm/h。晶锭表面状态较好,为绿色透明体,X射线衍射分析表明该晶锭为6H-SiC单晶。  论文分析了不同生长结果产生的原因,认为优化热场,克服升华源表面在生长过程中不下降而妨碍晶锭生长的困难,是生长较长晶锭的关键。论文还为改进生长工艺,提高晶锭生长质量提出了更多参考意见。
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