【摘 要】
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SiC具有很多优异特性,如带隙宽,电导率高,电子饱和漂移速率大,化学稳定性好等。非常适于制作高温、抗辐射、高功率密度、微波、大功率电子器件,它已经成为第三代半导体核心材料之
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SiC具有很多优异特性,如带隙宽,电导率高,电子饱和漂移速率大,化学稳定性好等。非常适于制作高温、抗辐射、高功率密度、微波、大功率电子器件,它已经成为第三代半导体核心材料之一。由于碳化硅体单晶价格昂贵而且大尺寸晶片制备困难,因此在廉价的硅衬底上异质外延生长碳化硅薄膜是不可或缺的。然而在硅衬底上异质外延生长碳化硅薄膜时遇到的一个严重的问题就是在SiC/Si界面处会形成层错缺陷。这些缺陷严重影响了SiC/Si器件的性能。因此如何抑制界面层错的形成是一个重要的课题。
本文使用PS/OCS(organic compound of silicon)/Si叠层反应法,于真空和低压Ar气氛中均制备出了无层错缺陷的晶态碳化硅薄膜。在真空(10<-3> Pa)条件下最佳生长温度是1050℃,获得单晶的6H-SiC:在5×10<4> Pa的Ar气氛下最佳生长温度是1300℃,主要获得单晶的4H-SiC薄膜。探讨了不同条件下生长的SiC薄膜晶型不同的原因,并研究了SiO<,2>层厚度和致密度等因素对SiC/Si界面结构和形貌的影响。用空位聚集理论解释了空洞缺陷形成的机理。
本文还对PS/OCS/Si(111)叠层热解法进行了改进,在石英高温管式炉中,常压流通Ar气氛下,于1300℃制备出了无层错缺陷的择优取向的晶态SiC薄膜。并研究了这种方法制备SiC薄膜的化学热力学过程。通过对反应平衡常数(Kp)和吉布斯自有能(△G)的计算,初步确定了生成SiC的主反应的发生顺序以及反应体系的平衡状态,并论证了流通的Ar气氛对于反应的持续进行是必须的。通过该方法制备的薄膜为SiO<,2>/SiC/Si(111)结构的,这种结构对于半导体MOS器件的应用是非常有利的。该SiO<,2>层形成反应后期降温阶段,并且可以通过RCA清洗工艺彻底清除。
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