單晶SiC是一種性能優(yōu)良的寬禁帶半導(dǎo)體材料,其在高溫、高頻以及高功率電子器件的制造方面正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。在SiC表面生長絕緣的氧化層是制造SiC基電子器件的關(guān)鍵一步,氧化層的質(zhì)量直接決定了器件的性能。此外,SiC可通過熱分解直接在其表面外延生長石墨烯,這對推動石墨烯與SiC的應(yīng)用至關(guān)重要。然而,傳統(tǒng)工藝在提升氧化層的界面特性以及石墨烯的面積、質(zhì)量與層數(shù)均一性等關(guān)鍵特性上仍存在不足。本課題從SiC超高溫條件下的氧化動力學(xué)研究著手,借助先進(jìn)的大氣ICP等離子體加工技術(shù),對SiC在等離子體作用下的氧化過程、石墨烯的生長過程與相應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了深入研究。具體研究內(nèi)容如下。研究了超高溫條件下氧氣對SiC表面動力學(xué)的影響。通過在1500℃不同氧氣濃度的體系中對SiC進(jìn)行氧化后發(fā)現(xiàn),氧氣濃度可以調(diào)控SiC表面熱氧化作用（TO-SiO₂）與熱化學(xué)氣相沉積作用（TCVD-SiO₂）的相互競爭關(guān)系,且低濃度的氧氣條件更有利于后者的生長。本研究系統(tǒng)分析了TO-SiO₂與TCVD-SiO₂在表面形貌、結(jié)晶質(zhì)量、界面結(jié)構(gòu)... 

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
        1.2.1 SiC熱氧化研究現(xiàn)狀
        1.2.2 石墨烯制備研究現(xiàn)狀
        1.2.3 等離子體在SiC表面改性領(lǐng)域研究現(xiàn)狀
    1.3 課題主要研究內(nèi)容
第2章 超高溫條件下SiC的氧化動力學(xué)研究
    2.1 SiC的傳統(tǒng)熱氧化與超高溫?zé)嵫趸?br>        2.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)樣品
        2.1.2 SiC的熱氧化實(shí)驗(yàn)研究
    2.2 氧氣濃度與溫度對SiC氧化行為的影響
        2.2.1 氧氣濃度變化與SiC氧化行為的關(guān)系
        2.2.2 超高溫對于氧氣調(diào)控SiC氧化動力學(xué)的必要性
        2.2.3 高真空超高溫條件下SiC表面外延石墨烯的生長
    2.3 TO-SiO_2與TCVD-SiO_2 的性質(zhì)及形成機(jī)理分析
        2.3.1 熱氧化區(qū)與熱化學(xué)氣相沉積區(qū)元素分布差異分析
        2.3.2 熱氧化區(qū)與熱化學(xué)氣相沉積區(qū)結(jié)晶程度差異分析
        2.3.3 熱氧化區(qū)與熱化學(xué)氣相沉積區(qū)元素成鍵差異分析
        2.3.4 TO-SiO_2與TCVD-SiO_2 形成機(jī)理分析
    2.4 基于ReaxFF反應(yīng)力場的SiC氧化動力學(xué)研究
        2.4.1 ReaxFF反應(yīng)分子動力學(xué)簡介
        2.4.2 仿真計(jì)算的準(zhǔn)確性與可信度分析
        2.4.3 SiC氧化行為的分子動力學(xué)研究結(jié)果
    2.5 本章小結(jié)
第3章 大氣等離子體氧化SiC的機(jī)理研究
    3.1 大氣壓等離子體設(shè)備搭建
        3.1.1 大氣等離子體簡介
        3.1.2 ICP等離子體設(shè)備及工作原理
    3.2 SiC的等離子體氧化實(shí)驗(yàn)
        3.2.1 ICP等離子體溫度及光譜測試
        3.2.2 不同等離子體功率下的氧化實(shí)驗(yàn)
        3.2.3 不同等離子體照射時(shí)間下的氧化實(shí)驗(yàn)
        3.2.4 不同氧氣濃度體系下的氧化實(shí)驗(yàn)
    3.3 等離子體氧化SiC的機(jī)理分析
        3.3.1 ICP等離子體作用下的SiC氧化模型
        3.3.2 基于氧化模型的SiC拋光工藝猜想
    3.4 基于ICP等離子體的SiC非減材拋光工藝
        3.4.1 CMP拋光的SiC表面原子級臺階結(jié)構(gòu)的制備
        3.4.2 SiC切割片的拋光探索
        3.4.3 拋光機(jī)理研究
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于大氣等離子體的SiC外延石墨烯生長工藝探索
    4.1 石墨烯的SiC外延生長法
        4.1.1 SiC外延生長石墨烯的基本原理
        4.1.2 大氣等離子體作用下SiC外延生長石墨烯的可行性分析
    4.2 大氣等離子體作用下的SiC外延石墨烯生長探索
        4.2.1 SiC表面片層狀石墨烯的生長
        4.2.2 SiC表面片層狀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律
    4.3 現(xiàn)存問題與改進(jìn)方案
        4.3.1 現(xiàn)存問題分析
        4.3.2 大氣等離子體裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]大氣壓微波等離子體炬工作平臺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 田野松.大連理工大學(xué) 2019



本文編號：3721867