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无机半导体材料碳化硅SiC
有利于薄膜单晶质量的提高。分子束外延的优点是:使用的衬底温度低,膜层生长速率慢,束流强度易于精确控制,膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜,以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。 利用化学气相沉积法制备碳化硅材料具有很多突出的优点,如可以用高纯度的气体反应得到高纯度的单晶体,并且生长速度可以通过调节反应温度和气氛成分比例而得到控制。由CVD法制取SiC薄膜的反应组分可以多种多样,但大致可以分为三类:(1)硅化物(常常是SiH4 (硅烷)和碳氢(或氟)化物,如CH4 (甲烷)、C2H4 (乙烯)、C3H8 (丙烷)、CF4(四氟化碳)等,以及一些载气(如H2、Ar等);(2)含碳、硅化合物(如C)H3SiCl3(一甲基三氯硅烷) 、Si(CH3)4和H2;(3)碳氢化合物和氢气。根据反应条件不同,CVD可分为PECVD,LPCVD以及热丝CVD(HFCVD)等。 (2)化学气象沉积法 ①低压化学气相沉积(LPCVD) CVD反应室通常有热壁型和冷壁型,前者用于放热反应,后者用于吸热反应。LPCVD相对普通CVD来说,一方面基板温度较低,避免了杂质的扩散和迁移;另一方面减少了杂质气体的污染,且无须运载气体,淀积速率增加,膜厚均匀性大大改善。Hurtós等人选择Si(CH3)4(TMS)作为先驱体,H2为载气,在垂直的冷壁反应室里,在石墨基板表面沉积多晶SiC薄膜。基板温度在1100~1500℃范围,反应室压强在15~100Torr,随着TMS分压的增加,沉积速率亦提高。 ②热灯丝化学气相沉积法(HFCVD) 通常SiC薄膜的沉积是由一含C的先驱体和一含Si的先驱体通过各种CVD法而得到。然而用HFCVD法、以CH4和H2作为混合气进行金刚石薄膜的沉积时,有可能在沉积早期阶段形成一薄层缓冲层(Si基板上)。这缓冲层有可能是SiC、类金刚石薄膜或者是无定形碳等等,但因薄层太薄无法表征。这表明在CH4-H2混合物用HFCVD法在Si基板上沉积SiC薄膜也是可能的。 王辉等人采用HFCVD技术在Si(111)衬底上生长了SiC薄膜。通过电子能谱、X射线衍射和时间分辨光谱等分析手段对样品结构、组分进行了分析。结果表明所制备的样品为纳米晶态SiC,并通过计算得到验证,对所制备样品进行光致发光特性测试,观察到其在室温下有较强的紫外发光。 ③等离子增强化学气相沉积(PECVD) 由于一般的CVD沉积温度高(多数都在900~1000℃甚至更高),因而带来了一系列问题:如易引起基板的变形和组织的变化,降低基板材料的机械性能,基底材料与膜层材料在高温下发生相互扩散,两者的结合力削弱。而辉光放电形成的等离子体在化学气相沉积中能将反应物中的气体分子激活成活性离子,降低反应温度;并能加速反应物在表面的扩散,提高成膜速度,对基体及膜层表面具有溅射清洗作用,从而加强了薄膜与基板间的附着力,由于反应物中的原子、分子、离子和电子的碰撞、散射作用,使形成的薄膜厚度均匀。根据等离子体形成条件的不同, PECVD又可分为射频、微波以及电子回旋共振(ECR)PECVD等三类。于威小组采用螺旋波等离子体化学气相沉积技术在Si(100)衬底上制备了具有纳米结构的碳化硅薄膜,在室温下观测到了峰值波长可变的紫外发光 从而加强了薄膜与基板间的附着力,由于反应物中的原子、分子、离子和电子的碰撞、散射作用,使形成的薄膜厚度均匀。根据等离子体形成条件的不同, PECVD又可分为射频、微波以及电子回旋共振(ECR)PECVD等三类。于威小组采用螺旋波等离子体化学气相沉积技术在Si(100)衬底上制备了具有纳米结构的碳化硅薄膜,在室温下观测到了峰值波长可变的紫外发光。 QA * 一、概论; 二、SiC材料的研究进展; 三、SiC的晶体结构、特性; 四、SiC的晶体的应用前景; 五、SiC薄膜的制备方法: (1)物理气象沉积法; (2)化学气象沉积法. 六、QA. 目录 碳化硅被誉为下一代半导体材料,因为其具有众多优异的物理化学特性,被广泛应用于光电器件、高频大功率、高温电子器件。SiC有高的硬度与热稳定性,稳定的结构,大的禁带宽度 ,高的热导率,优异的电学性能。 SiC由Si原子和C原子组成,其晶体结构具有同质多型体的特点,在半导体领域最常见的是具有立方闪锌矿结构的3C-SiC和六方纤锌矿结构的4H-SiC和6H-SiC。21世纪以来以Si为基本材料的微电子机械系统(MEMS)已有长
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