【摘要】：3C-SiC具有寬禁帶、高電子飽和遷移速率和高熱導(dǎo)率等優(yōu)良特性,是制備高溫、高壓、大功率器件的良好半導(dǎo)體材料。目前主要使用CVD法在Si單晶上異質(zhì)外延3C-SiC薄膜,但所制得的薄膜中存在大量因兩者晶格失配和熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生缺陷,限制了其在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。圖形化襯底是近年來研究較多的一種襯底表面預(yù)處理技術(shù),可有效減少Si襯底異質(zhì)外延的3C-SiC薄膜中的缺陷,提高薄膜可使用性。這一技術(shù)起初多用于研究藍(lán)寶石襯底上GaN薄膜外延,有效地減少了 GaN外延材料的位錯(cuò)密度,提高了 GaN基發(fā)光器件工作性能。受此方法影響,圖形化襯底技術(shù)也逐步應(yīng)用于Si襯底上3C-SiC薄膜的生長。本文采用濕法刻蝕或干法刻蝕工藝制備了幾種不同的Si圖形襯底,使用LPCVD法在圖形襯底襯底上生長3C-SiC,通過光學(xué)顯微鏡、SEM、XRD對(duì)生長的薄膜進(jìn)行表征和分析。主要研究工作及成果如下:首先介紹了襯底圖形的設(shè)計(jì)和圖形襯底的具體制備工藝。論文探究性設(shè)計(jì)三種襯底圖形,包括正方形、條形和六邊形。分別使用濕法、干法刻蝕工藝制備不同的Si圖形化襯底。其次研究了 3C-SiC生長工藝對(duì)SiO2圖形襯底的影響,選擇氧化層厚度為300nm和500nm,實(shí)驗(yàn)參數(shù)為1200℃下的真空氣氛、H2氣氛、H2和C2H2混合氣氛以及1000℃下的真空氣氛、H2氣氛,并對(duì)比分析了SiO2掩膜圖形層變化的原因。結(jié)果表明:1200℃下由于SiO2與Si襯底反應(yīng)容易引起SiO2掩膜圖形層退化,較薄(300nm)的氧化層退化嚴(yán)重,不能用作掩膜圖形層,500nm厚度的氧化層完整度良好;1000℃下,兩種不同的SiO2圖形襯底都能保持良好的完整度。然后對(duì)干法刻蝕圖形襯底上生長的3C-SiC薄膜進(jìn)行研究。圖形尺寸為8μm的襯底上,多晶薄膜表面形貌與圖形結(jié)構(gòu)相似,受生長工藝的影響,襯底表面的圖形被刻蝕成“波浪形”,較小尺寸(3μm)的襯底圖形被完全刻蝕,“波浪形”圖形頂部的薄膜呈橢球狀生長,薄膜厚度高于圖形底部區(qū)域,圖形間薄膜有相互連接的趨勢(shì)。最后對(duì)濕法刻蝕圖形襯底上3C-Si C薄膜生長行為進(jìn)行研究。結(jié)果表明較大尺寸(10μm)襯底圖形受生長工藝影響小,但需要生長足夠厚度的薄膜,才能使圖形區(qū)域上生長的薄膜相互結(jié)合。Si O2(500nm)圖形襯底受生長溫度影響,掩膜圖形層表面完整,但一部分與襯底分離,需要進(jìn)一步優(yōu)化薄膜生長工藝,才能抑制氧化層與襯底間的反應(yīng),從而獲得選擇性生長3C-Si C薄膜。另外還對(duì)Al掩膜的圖形化襯底上生長3C-Si C薄膜進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:Al掩膜圖形層具有良好穩(wěn)定性,可以抑制氣相分子在其表面成核,使多晶薄膜僅生長Si襯底窗口區(qū)域,并觀察到了3C-Si C薄膜的側(cè)向生長。
【圖文】：

1 “波浪形”Si襯底（左）及此襯底上生長的 3C-SiC 薄膜孿晶界消失示意圖（右）chematic structure of the surface of ‘‘Undulant-Si’’(left) and Model of the elimination oboundaries in the 3C-SiC layer on “Undulant-Si” with 3C-SiC growth.(right). Nishino 等人通過在 Si(111)襯底上用 SiO2(0.3-0.9μm)做掩膜材料，六丙烷作源氣體，CVD 法生長溫度 1150℃，在有多種圖形的襯底上獲單晶 3C-SiC 薄膜【15，16】。2004年他們采用干法刻蝕工藝，在 Si(100)襯圖形，用六甲基二硅烷（HMDS）作源氣體，通過 CVD 法 “再生長”獲得了質(zhì)量良好的 3C-SiC 薄膜【17】。其中襯底表面的“T”型圖形包括 寬的 3C-SiC 籽晶和約 5μm 高、3μm 寬的 Si 柱。襯底圖形如圖 1-2 所示

圖形襯底上生長的 3C-SiC 薄膜的截面 SEM SEM micrographs of the 3C-SiC film grownl 等用深硅刻蝕方法分別在 Si(001)和μm 的溝槽，和約 5μm 寬的 Si 柱，，通 薄膜，經(jīng) SEM 測試發(fā)現(xiàn) Si(001)襯底2900 cm-1，膜厚度達(dá)到 20μm 時(shí)(200)(111)襯底上圖形同樣獲得了質(zhì)量良好人同樣用深硅刻蝕的方法在 Si(111)襯 Si 柱，通過 CVD 法在圖形襯底上生后襯底的 SEM 圖形如圖 1-6。文章指傳播，使用圖形襯底的好處是可以限薄膜【8,25】。b)
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN304

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2608659