碳化硅(SiC)作為第三代半導(dǎo)體材料,具有寬帶隙、低介電常數(shù)、高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿電場(chǎng)、高載流子飽和濃度等特點(diǎn),在半導(dǎo)體光電照明、電力電子、航空航天探測(cè)、核能探測(cè)及開(kāi)發(fā)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、微波通訊和衛(wèi)星等領(lǐng)域里,SiC是最有應(yīng)用前景的半導(dǎo)體材料之一。對(duì)于半導(dǎo)體材料而言,摻雜會(huì)對(duì)材料特性產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)Ge元素可以降低SiC器件的接觸電阻,提高遷移率。同時(shí),摻雜Ge會(huì)影響SiC晶體結(jié)構(gòu),使晶格參數(shù)和能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。所以,可以通過(guò)Ge元素的摻雜,提高SiC材料的性能,制作出性能優(yōu)異的SiC半導(dǎo)體器件。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)Ge摻雜SiC的研究?jī)H有理論上的簡(jiǎn)單分析�；诖吮疚耐ㄟ^(guò)調(diào)整Ge元素的摻雜量及摻雜位置,對(duì)Ge摻雜SiC材料的光電特性做出了針對(duì)性的研究。本文對(duì)山東大學(xué)提供的Ge摻雜的SiC晶體進(jìn)行了材料表征,包括樣品材料的拉曼光譜表征和盧瑟福背散射表征。通過(guò)拉曼光譜確認(rèn)了晶體的結(jié)晶性和均勻性,通過(guò)盧瑟福背散射技術(shù)進(jìn)一步確認(rèn)了晶體的結(jié)晶質(zhì)量。并且對(duì)樣品材料進(jìn)行了深能級(jí)瞬態(tài)譜測(cè)試,主要是檢測(cè)樣品的晶體缺陷和深能級(jí)雜質(zhì)。表征和測(cè)試的結(jié)果證明雖然Ge元素?fù)诫s不是完全均勻,但是樣品結(jié)晶質(zhì)量良好。接下來(lái)對(duì)Ge摻雜SiC材料進(jìn)行基于第一性原理的光電特性的計(jì)算。運(yùn)用密度泛函理論以及材料學(xué)仿真軟件Material studio 8.0,計(jì)算了4H-SiC本征態(tài)的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度,比較了Ge原子分別代替C原子和Si原子下的形成能,并選取了三種Ge摻雜4H-SiC模型:64個(gè)原子的超晶胞(2×2×2)中一個(gè)Ge原子取代一個(gè)Si原子得到的Si_(0.984375)Ge_(0.015625)C、64個(gè)原子的超晶胞(2×2×2)中一個(gè)Ge原子取代一個(gè)C原子得到的SiGe_(0.015625)C_(0.984375)和128個(gè)原子的超晶胞(4×2×2)中一個(gè)Ge原子取代一個(gè)C原子后得到的SiGe_(0.0078125)C_(0.9921875)。計(jì)算并分析了三種摻雜下樣品能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度、介電常數(shù)、吸收譜和反射譜的結(jié)果,最后和本征4H-SiC樣品材料性能對(duì)比,從而得出Ge元素不同的摻雜位置和摻雜濃度對(duì)SiC材料光電特性的具體影響。電學(xué)性質(zhì)方面,Ge_(Si)摻雜后能帶結(jié)構(gòu)變化不大,Ge_C摻雜后費(fèi)米能級(jí)附近引入了陷阱能級(jí),且隨摻雜濃度增大而增多;光學(xué)性質(zhì)方面,Ge_(Si)摻雜后吸收譜和反射譜變化不大,Ge_C摻雜后吸收譜和反射譜曲線明顯向低能端有所偏移,且吸收譜極值下降。綜合分析得出,通過(guò)Ge的摻雜,電阻率下降,可以使4H-SiC導(dǎo)電性能更強(qiáng),并且材料的吸收譜與反射譜整體發(fā)生紅移。這對(duì)今后制作性能更優(yōu)異的半導(dǎo)體SiC器件具有指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN304
【部分圖文】：

C-SiC、4H-SiC和6H-SiC的結(jié)構(gòu)圖

3左右，生長(zhǎng)完成后，摻 Ge 的 4H-SiC 是黃綠色的。如圖 2.1 所示。圖2.1 摻鍺 SiC 晶體2.2 材料的拉曼光譜表征2.2.1 拉曼散射光譜的基本原理1923 年，史梅耳[19]從理論層面預(yù)言，物質(zhì)被頻率為0 的單色光入射以后，物質(zhì)里的分子會(huì)對(duì)入射光產(chǎn)生頻率為0 的散射光。進(jìn)過(guò)幾年的研究，印度物理學(xué)家拉曼[20]在 1928 年通過(guò)一次液體苯的散射光譜研究的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了這種散射。因而這種散射以拉曼的名字命名，稱之為拉曼散射，也稱之為拉曼光譜，它是一種非彈性散射。后來(lái)布拉瑟克在理論上對(duì)拉曼光譜做了很多研究，他發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)拉曼散射獲得的散射光譜中，有兩條譜線分別分布在激發(fā)線的兩側(cè)。其中分布在低頻一側(cè)的是斯托克斯線，也稱為紅伴線

10圖2.3 790 cm-1峰的拉曼掃描成像圖結(jié)果可以看出，三個(gè)主峰分別位于 767.4 cm-1，787.6 cm-1和 966.Ⅱ和 EⅠ橫向光學(xué)(TO)和 AⅠ縱向光學(xué)(LO)模式。在拉曼圖譜的分析長(zhǎng)在600-1000 cm-1的區(qū)域稱為第一序列，除此之外其他區(qū)域稱為第，拉曼在第一序列中沒(méi)有出現(xiàn)特殊的新峰。在之前的研究文獻(xiàn)中得 碳化硅的拉曼光譜中，EⅡ峰值的強(qiáng)度強(qiáng)于 EⅠ峰值，并且 EⅠ峰值參考之一[23]。所以當(dāng) EⅠ出現(xiàn)并且比 EⅡ強(qiáng)時(shí)，結(jié)晶是不完美的，果得到證實(shí)。接下來(lái)測(cè)試 20 μm×20 μm 拉曼圖譜，選擇 EⅠ即 79
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