6H-SiC单晶电参数的红外光谱研究

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文中首先概要介绍了碳化硅材料的性质及其生长方法,进而给出了远红外光谱的物理图像和理论拟合光谱的公式推导,最后对傅立叶变换光谱的原理进行了说明,并对实验仪器作了简要介绍。基于上述理论,采用红外光谱的无损表征技术,对国产的n型6H-SiC的电学参数进行了研究,测试所用的样品均是国内采用籽晶升华法(PVT)生长的SiC单晶。首先用霍尔效应测量方法对样品进行了测试,在测试过程中,采用了Au/Ni代替Ni来制备欧姆接触电极,这在一定程度上解决了使用纯镍制作欧姆接触中遇到的两个问题。通过霍尔测试,获得了SiC材料的导电类型、电阻率、载流子浓度和迁移率。然后,针对SiC材料中振子和声子的特性,用红外反射法对其远红外的反射光谱进行测量和理论分析,提出了一种介电函数模型,并利用这一模型对SiC的反射光谱进行理论计算和拟合。结果发现理论能够跟实验拟合的很好。从中获得了SiC光学声子和等离子激元的一些基本信息,并由此得到了其载流子浓度和迁移率。最后将红外反射法得到的结果与传统的Hall测量方法得到结果进行比较,发现两者得到的载流子浓度能够较好地吻合,即红外反射方法能够较准确地提供SiC单晶的载流子浓度。而两种方法得到的迁移率有一定的误差,其原因还有待于进一步的研究。上述结果说明了红外反射光谱作为一种非接触、无损耗的测量方法,对SiC材料的无损表征具有重要的应用意义。还要作更多的实验验证和理论研究工作,另外对于不同浓度范围的SiC,为了得到精确的电学参数,还需要对其介电函数模型进行进一步的修正。
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