SiC单晶基平面位错和微管缺陷的研究

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被誉为第三代半导体材料的SiC,以高击穿电场强度、高热导率、明显高于其它半导体材料的电子饱和速度和极强的抗辐射能力,成为制作高温、高频和大功率电子器件的新选择。如今,SiC衬底中的微管和高密度的位错阻碍了 SiC的应用。近年来,碳化硅衬底的制备技术日趋成熟,在抑制微管产生方面取得了一些突破。许多机构都已成功制备出低微管密度甚至是零微管的SiC衬底。然而,由于SiC生长条件苛刻,温度、压力等生长参数难以实时精确控制,国内生长的SiC单晶中仍然存在少量的微管,关于微管的形成机理也还尚未得到成功的验证,特别是SiC晶片在湿法腐蚀后,如何准确地区分微管腐蚀坑与TSD腐蚀坑还是一个难题。此外,拉曼光谱正成为一种越来越普遍应用的材料微结构分析方法。对于SiC材料,可用于表征多型、层错、应力和掺杂,但是拉曼用于微管腐蚀坑的研究并不多见。影响SiC器件大规模应用的另一个重要因素是高密度的位错,其中BPD的影响尤为显著。而根据位错密度的准确定义,考虑到位错线要垂直于样品表面的前提,只有在SiC单晶纵切片上观察到的BPD数量才可以反映SiC晶棒中BPD密度。本文采用湿法腐蚀方法对4H-SiC和6H-SiC进行腐蚀,通过计算4H-SiC和6H-SiC晶片中微管的腐蚀速率,发现微管的腐蚀速率具有多型依赖性,其与4H-SiC和6H-SiC中的六方百分比呈正相关。同时对能够区分出4H-SiC和6H-SiC晶片中的微管腐蚀坑和TSD腐蚀坑的腐蚀条件进行了研究,证实欠腐蚀状态是区分微管腐蚀坑和TSD腐蚀坑的最佳腐蚀条件。另外还对微管腐蚀坑进行了详细的分类,并利用拉曼显微光谱仪对4H-SiC和6H-SiC中的微管腐蚀坑位置处进行表征。在微管腐蚀坑的拉曼光谱中,一个约为~784cm-1的伴随峰被认为可以帮助区分TSD腐蚀坑与微管腐蚀坑。本文经过切割、双面研磨、机械抛光后制备了表面粗糙度为1.12nm的光滑的SiC(1100)面纵切片。继而通过显微拉曼光谱仪确认SiC(1100)面的晶型为4H-SiC。选择缺陷择优腐蚀的方法,腐蚀剂为熔融KOH,对纵切片进行湿法腐蚀。后借助LEXT激光共聚焦扫描显微镜观察(1100)面BPD形貌、腐蚀深度和宽度随腐蚀时间变化等。最终发现在腐蚀初期有三类不同形貌的BPD,在经过一段时间的腐蚀后最终均会变为倒三角锥型腐蚀坑。三类BPD腐蚀坑宽度随腐蚀时间增加而增大而深度却随腐蚀时间增加而减小,对可能的腐蚀机理进行了研究。本文根据阿伦尼乌斯公式计算了(1100)面的活化能并与其余文献进行对比。最后对整个(1100)面纵切片BPD的分布进行统计,计算得到了(1100)面BPD的位错密度为8.59×105个/cm2。
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