在采用物理氣相傳輸（PVT）法生長碳化硅（SiC）單晶的過程中,放射狀裂紋是常見的缺陷。使用微分干涉顯微鏡對SiC單晶體和晶體拋光片表面形貌進行觀測,結(jié)合晶體突變光滑面生長模型,對PVT法生長的SiC單晶放射狀裂紋缺陷的形成機理進行了研究,并提出了消除或抑制放射狀裂紋缺陷產(chǎn)生的方法。研究結(jié)果表明,放射狀裂紋的出現(xiàn)與PVT生長過程中晶體微管密度緊密相關。在晶體生長初期,晶體生長平臺平鋪至尺寸較大的微管后形成微裂紋,這些微裂紋會隨著晶體生長中的應力釋放而沿晶體徑向增殖、匯聚,最終與徑向上的其他微裂紋連接成宏觀放射狀裂紋。通過提高SiC籽晶質(zhì)量（低微管密度）、優(yōu)化生長工藝參數(shù)可有效抑制放射狀裂紋的產(chǎn)生。 

【文章來源】：半導體技術. 2020,45(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

SiC單晶放射狀裂紋

分析放射性裂紋的成因,首先要對SiC單晶生長機制有所了解。在一個光滑的界面上進行晶體生長,首先需要在界面上形成二維臨界核,才能出現(xiàn)臺階,此即為完整光滑面生長模型。其生長機制為質(zhì)點因作用力而進入相應格點。此模型下晶核上質(zhì)點有五種可進入位置(圖2[6]),按照質(zhì)點所受作用力,質(zhì)點進入這五種位置的難易程度由易到難依次為①三面凹角、②二面凹角、③表面、④棱邊、⑤晶角。如果從氣相中生長晶體,根據(jù)理論計算,在平滑界面上形成二維臨界核需該生長氣相組分的過飽和度約在25%以上[7],但在實際中晶體生長需要的生長氣相過飽和度不到1%。為了解釋理論與實際之間的矛盾,Frank模型給出了頗為合理的解釋:在晶體生長界面上有一個螺位錯露頭點,以它作為晶體生長的臺階源(圖3),即可解釋在低生長氣相過飽和度的條件下,晶體仍然能夠生長的事實。這就是非完整光滑面理論模型,又稱Frank模型,也叫螺位錯模型[8]。螺位錯露頭處為臺階源,晶體呈層狀生長,因臺階的存在,很低的生長氣相過飽和度就可以使生長面向前推進;而螺位錯沿c軸的延伸源源不斷地提供了臺階源,因此SiC晶體得以在徑向不斷地生長、平鋪。

如果從氣相中生長晶體,根據(jù)理論計算,在平滑界面上形成二維臨界核需該生長氣相組分的過飽和度約在25%以上[7],但在實際中晶體生長需要的生長氣相過飽和度不到1%。為了解釋理論與實際之間的矛盾,Frank模型給出了頗為合理的解釋:在晶體生長界面上有一個螺位錯露頭點,以它作為晶體生長的臺階源(圖3),即可解釋在低生長氣相過飽和度的條件下,晶體仍然能夠生長的事實。這就是非完整光滑面理論模型,又稱Frank模型,也叫螺位錯模型[8]。螺位錯露頭處為臺階源,晶體呈層狀生長,因臺階的存在,很低的生長氣相過飽和度就可以使生長面向前推進;而螺位錯沿c軸的延伸源源不斷地提供了臺階源,因此SiC晶體得以在徑向不斷地生長、平鋪。在自制SiC晶錠生長表面的中心((0001)面),其生長平臺為一個巨大的蜷線[9],通過顯微觀測,發(fā)現(xiàn)該晶體生長末期在其生長平臺上出現(xiàn)新的小平臺,其形貌也呈明顯的蜷線狀(圖4)。崔瀠心等人[10]也指出4H-SiC的生長趨向于六邊形臺階生長。因此可以認為,SiC單晶體生長機制為非完整光滑面生長,C-Si雙原子層以臺階流的形式由晶體生長中心沿徑向向晶體邊緣平鋪。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]SiC籽晶上生長AlN單晶的斷裂特性研究[J]. 張麗,齊海濤,徐世海,金雷,史月增.  壓電與聲光. 2018(05)
[2]物理氣相傳輸法生長碳化硅單晶原生表面形貌研究[J]. 崔瀠心,胡小波,徐現(xiàn)剛.  無機材料學報. 2018(08)
[3]SiC單晶線鋸切片微裂紋損傷深度的有限元分析[J]. 高玉飛,陳陽,葛培琪.  西安交通大學學報. 2016(12)

博士論文
[1]晶體材料介觀損傷及斷裂行為的離散位錯動力學研究[D]. 梁爽.華中科技大學 2018



本文編號：3012032