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SiC單晶體放射狀裂紋缺陷研究

發(fā)布時(shí)間:2021-02-01 02:26
  在采用物理氣相傳輸(PVT)法生長(zhǎng)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(duì)SiC單晶體和晶體拋光片表面形貌進(jìn)行觀測(cè),結(jié)合晶體突變光滑面生長(zhǎng)模型,對(duì)PVT法生長(zhǎng)的SiC單晶放射狀裂紋缺陷的形成機(jī)理進(jìn)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(zhǎng)過程中晶體微管密度緊密相關(guān)。在晶體生長(zhǎng)初期,晶體生長(zhǎng)平臺(tái)平鋪至尺寸較大的微管后形成微裂紋,這些微裂紋會(huì)隨著晶體生長(zhǎng)中的應(yīng)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(zhǎng)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(dǎo)體技術(shù). 2020,45(06)北大核心

【文章頁數(shù)】:5 頁

【部分圖文】:

SiC單晶體放射狀裂紋缺陷研究


SiC單晶放射狀裂紋

模型圖,光滑面,晶體,模型


分析放射性裂紋的成因,首先要對(duì)SiC單晶生長(zhǎng)機(jī)制有所了解。在一個(gè)光滑的界面上進(jìn)行晶體生長(zhǎng),首先需要在界面上形成二維臨界核,才能出現(xiàn)臺(tái)階,此即為完整光滑面生長(zhǎng)模型。其生長(zhǎng)機(jī)制為質(zhì)點(diǎn)因作用力而進(jìn)入相應(yīng)格點(diǎn)。此模型下晶核上質(zhì)點(diǎn)有五種可進(jìn)入位置(圖2[6]),按照質(zhì)點(diǎn)所受作用力,質(zhì)點(diǎn)進(jìn)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(zhǎng)晶體,根據(jù)理論計(jì)算,在平滑界面上形成二維臨界核需該生長(zhǎng)氣相組分的過飽和度約在25%以上[7],但在實(shí)際中晶體生長(zhǎng)需要的生長(zhǎng)氣相過飽和度不到1%。為了解釋理論與實(shí)際之間的矛盾,Frank模型給出了頗為合理的解釋:在晶體生長(zhǎng)界面上有一個(gè)螺位錯(cuò)露頭點(diǎn),以它作為晶體生長(zhǎng)的臺(tái)階源(圖3),即可解釋在低生長(zhǎng)氣相過飽和度的條件下,晶體仍然能夠生長(zhǎng)的事實(shí)。這就是非完整光滑面理論模型,又稱Frank模型,也叫螺位錯(cuò)模型[8]。螺位錯(cuò)露頭處為臺(tái)階源,晶體呈層狀生長(zhǎng),因臺(tái)階的存在,很低的生長(zhǎng)氣相過飽和度就可以使生長(zhǎng)面向前推進(jìn);而螺位錯(cuò)沿c軸的延伸源源不斷地提供了臺(tái)階源,因此SiC晶體得以在徑向不斷地生長(zhǎng)、平鋪。

模型圖,位錯(cuò),模型,晶體


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

【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]SiC籽晶上生長(zhǎng)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(zhǎng)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(jī)材料學(xué)報(bào). 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(xué)學(xué)報(bào). 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(cuò)動(dòng)力學(xué)研究[D]. 梁爽.華中科技大學(xué) 2018



本文編號(hào):3012032

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