张永华[1]2002年在《碳化硅宽带隙半导体薄膜的异质外延生长技术及其结构性质分析》文中提出SiC是一种宽带隙半导体材料、第叁代半导体材料的代表，是制造高温、高频、大功率、抗辐照等半导体器件的优选材料，又被称为极端电子学材料，在微电子学领域具有广阔的应用前景。本论文提出了在蓝宝石上引入一层缓冲层材料形成复合衬底，采用常压化学气相淀积(APCVD)方法在其上异质外延生长SiC薄膜的技术，分析了CVD法生长SiC的物理化学过程，通过实验提出SiC薄膜生长的工艺条件，并通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光谱(PL谱)和扫描电镜(SEM)对外延薄膜的结构性质进行分析。结果表明，在蓝宝石复合衬底上可以生长出均匀连续的SiC单晶薄膜。
姚然[2]2007年在《MOCVD异质外延硅基ZnO和SiC薄膜及其特性研究》文中指出SiC是一种宽禁带半导体材料，其具有优秀的电学、化学和导热性能，因此SiC器件经常被应用于高温、高电场、高辐射这些应用领域。单晶SiC薄膜生长一直是研究的重点。同质外延单晶SiC薄膜较为容易实现，但是SiC很昂贵。Si衬底具有十分优秀的性能而且比较廉价，但是异质外延SiC／Si比较困难，主要由于晶格失配和热膨胀失配等因素造成的。本论文就SiC／Si薄膜的制备展开了研究。ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族直接带隙的宽禁带半导体材料，其室温下的禁带宽度为3.36eV，由于其具有紫外发光的特性，近来受到研究者的广泛关注。ZnO在高效率光散发设备和其它光学方面有应用前景，所以要进行高质量的ZnO薄膜制备的研究。由于晶格失配，ZnO／Si的异质结质量不高，现在主要应用过渡层或表面处理的方法进行改善。本论文围绕ZnO薄膜的MOCVD异质外延这个课题开展了研究，通过ZnO薄膜生长条件的探索以及Si衬底上各种过渡层生长ZnO薄膜的研究，最终利用3C-SiC作为过渡层，在Si(111)衬底上实现了单晶ZnO薄膜的异质外延。主要的研究工作及结果如下：1．高质量单晶SiC薄膜的制备利用低压高温MOCVD系统，成功的在Si(111)和Si(100)基片上外延出了具有高质量的SiC薄膜。通过XRD和微区拉曼测量表明外延的SiC薄膜为3C-SiC。SiC／Si薄膜具有良好的结晶质量，SiC(111)X射线摇摆半宽仅为0.3度，这在国内报道中属于领先水平。2．RF预处理对ZnO／Si生长的影响用MOCVD设备生长ZnO／Si薄膜，除了对衬底进行常规的化学清洗以外，在生长前进行Ar RF的预处理，是氩离子对硅表面进行一定的破坏，处理能量从0～150W进行了梯度变化，再以同样的生长条件进行原位生长。对于样品我们分别作了XRD、PL、AFM测量，发现Ar-RF预处理对薄膜结晶有很大影响，未作处理的样品一般呈多晶态，而处理后的样品在一定能量范围内晶格取向有显着提高，但随预处理能量达到一定限值后取向性被破坏。预处理对于发光也有很大的影响，在一定能量范围内发光强度只随处理能量加大缓慢衰减，但在高能量状态下，发光明显减弱，峰位也随之变化可见氩离子轰击硅表面形成了缺陷，这些缺陷在生长中顺延在ZnO部分，并且这些缺陷是发光淬灭中心，随能量的增加而增加。3．缓冲层生长ZnO薄膜利用直流溅射，先在Si衬底上溅射一层ZnO多晶薄膜，通过对直流溅射时间的控制，可以得到不同厚度的ZnO缓冲层。再利用MOCVD设备生长高质量的ZnO薄膜。通过研究发现，直流溅射ZnO薄膜的厚度对于最终的薄膜质量有很大的影响。随着缓冲层的引入，双晶衍射XRD的摇摆半宽有显着下降，并且随着最终ZnO薄膜质量上升，光致发光也有显着的提升。可见缓冲层的引入对ZnO／Si薄膜的质量和发光强度有很大的贡献。另外我们试验了用SiC作为过渡层的生长方法，在Si基片上外延出高质量的ZnO薄膜。测量了样品的XRD和摇摆曲线，以及室温下的PL谱。实验结果表明，SiC过渡层的引入的确大大提高了ZnO薄膜的质量和发光性能，并实现了实现Si上制备ZnO单晶薄膜这一前沿课题。4．等离子辅助生长ZnO薄膜，实现N掺杂利用改造的等离子辅助生长设备，进行了ZnO薄膜的等离子辅助生长。X射线衍射谱表明利用此方法生长的ZnO薄膜具有良好的结晶质量。为了验证裂解氮气是否能够进行ZnO的N掺杂，对样品进行了二次离子质谱的测量，发现N在ZnO薄膜中的浓度很高，实现了高浓度的N掺杂，但是由于表面电阻率高，无法进行Hall测量，ZnO薄膜的导电类型无法进行判断。
蒲红斌[3]2006年在《SiCGe/SiC异质结光控达林顿晶体管设计及SiCGe/SiC异质结的制备》文中研究说明随着SiC器件广泛而深入的研究，光控碳化硅器件也渐渐地引起人们的研究兴趣。由于禁带宽，SiC光开关只能受控于紫外光源而非常用的可见和红外光源。从实际应用出发，利用SiCGe能隙可在窄于碳化硅能隙的范围内适当剪裁的特点，根据在SiC达林顿晶体管中采用SiCGe／SiC异质结实现单片集成光控达林顿功率开关的设计构想，围绕该新型光控器件的开发，本论文主要从器件结构的设计、SiCGe／SiC异质结的实现及其特性等方面进行了初步的研究。主要结果如下： 1．利用二维数值模拟器MEDICI，在首先完成了对新型器件设计构想的可行性验证之后，从器件制造的可行性出发，提出了几种改进的器件结构，改SiCGe／SiC异质结达林顿晶体管设计为SiCGe／SiC异质结光电二极管与SiC达林顿晶体管单片集成，大大简化了器件制造工艺。 2．完成了对改进型SiC光控器件结构参数的优化设计和器件特性的模拟仿真，证明了这种SiC光控器件具有明显的光控开关特性，并可通过合金组分的调控实现常用近红外光源的有效控制。 3．成功地研制出分别用于在SiC衬底上生长SiCGe和p-SiCGe薄膜的两套水平式热壁CVD生长系统。为了提高外延薄膜的均匀性，设计过程中，采用有限元分析法，通过对电磁感应、热传导和质量输运等多种场的计算，确定了反应室中复杂的温度分布和气流分布，创新地完成了对系统加热组件的优化设计。 4．进行了在SiC衬底上异质外延SiCGe和p-SiCGe薄膜的工艺探索。采用硅烷(SiH_4)、丙烷(C_3H_8)、锗烷(GeH_4)、乙硼烷(B_2H_6)以及载气H_2为源气，生长了SiCGe多晶薄膜并实现了p型掺杂。SiCGe薄膜不是SiC和SiGe的简单混合，而是一种具有多相结构特征的叁元合金。实验中发现了一种与SiCGe新材料有关的合金相，其2θ=29.6±0.2°的衍射峰在标准ASTM卡片中尚未收录。其生长模式属于两相共存的2D层状+3D岛状混合的S-K生长模式。SiCGe薄膜对可见和近红外光具有较强的吸收，吸收边随组分调整而变化。
苏剑峰[4]2008年在《宽禁带半导体SiC和ZnO的外延生长及其掺杂的研究》文中进行了进一步梳理作为第叁代宽禁带半导体材料,SiC和ZnO由于其自身优异的性能一直是人们研究的热点。SiC具有高的迁移率、优异的热稳定性和化学稳定性,在高频、大功率、耐高温、抗辐射等电子器件方面有着巨大的应用潜力。然而,SiC单晶价格昂贵,这就促使人们继续探讨在Si衬底上异质外延SiC薄膜。ZnO的激子结合能高达60meV,被认为是有望取代GaN的新一代短波长光电子材料。但是高质量的p型ZnO制备的困难阻碍了ZnO基激光二极管、发光二极管的实用化进程。另一方面寻找其它p型材料来异质外延n型ZnO薄膜以期能够实现异质pn结的电致发光的方法也引起人们的广泛关注。围绕上述背景,本论文主要开展了以下工作:1)Si衬底上SiC薄膜的异质外延生长一直是人们关注的焦点。“两步法”是在Si衬底上异质外延SiC薄膜的基本工艺,但在高温碳化过程中硅衬底中的硅原子向外扩散容易导致界面空洞的产生,这对后期器件制备很不利,在此基础上我们提出了“叁步法”外延SiC薄膜,即碳化—小流量缓冲层—生长。在碳化过程中引入硅烷可以有效地抑制衬底中硅原子的外扩散,避免界面空洞的产生,并提高SiC薄膜的结晶质量。这一改进,可大大改善基于SiC/Si异质结、ZnO/SiC/Si异质结的器件。2)采用叁甲基铝(TMA)做掺杂源,制备p型SiC薄膜。少量TMA的引入可以改善SiC薄膜的结晶质量,增加生长速率,并使薄膜中的应力发生变化,生长模式由叁维岛状生长模式转变为二维层状生长模式。由于Si(100)和Si(111)衬底的表面自由能不同,所以受TMA的影响不一样。成功制各了Al∶SiC/n-Si异质结并对该异质结进行电学性质测量和深能级瞬态谱分析,Al受主能级位于价带之上220meV。p型SiC薄膜的研制为以后制备n-ZnO/p-SiC异质结提供了基础。3)研究了Al掺杂ZnO薄膜的电学和光学性质,结合以前N掺杂ZnO薄膜的研究结果采用射频辅助裂解N_2及N-Al共掺杂的方法进行ZnO的p型掺杂研究。通过改变RF功率和TMA流量研究不同N/Al对ZnO薄膜光学和电学性质的影响,并对本征ZnO薄膜和呈现p型性质的ZnO薄膜进行变温的光致发光测量,掺杂与未掺杂的ZnO薄膜中均存在3.312eV附近的发光峰,我们把它归为与N_O有关的受主束缚激子A~0X。与未掺杂的相比,掺杂薄膜中的A~0X发光峰向低能方向稍有移动,这与Al的引入对N_O受主能级的影响有关。在掺杂薄膜的变温PL谱中,观测到FA的存在,据此估算得受主能级位置为183.7meV。进一步对呈现p型性质的ZnO薄膜进行变激发密度测量,证明了DAP峰位指认的正确性。4)利用二已基锌(DEZ)和H_2O做源在MOCVD系统上初步探索低温下生长高质量的ZnO薄膜。研究发现用H_2O做氧源可大大提高ZnO薄膜的光学性质。通过对载气总流量、源流量比、衬底温度等生长工艺参数进行初步优化后,采用过渡层技术得到了结构和光学性质都比较好ZnO薄膜。通过对退火温度和退火气氛的研究发现,可见发光与V_O、V_(Zn)、O_(Zn)有关。AFM表面形貌显示,所得的ZnO薄膜乃叁维岛状生长,离我们期望的二维层状生长模式还有距离,所以仍需继续深入研究。
张永华, 彭军[5]2002年在《发展中的SiCOI技术》文中指出Si COI技术是 Si C材料与 SOI技术结合而形成的一种新的微电子技术 ,它的产生与发展不仅推动 Si C半导体技术的发展 ,还将弥补 Si SOI技术应用的局限性 ,并将在高温、高频、大功率、抗辐射等电子学领域得到应用和发展。文章介绍了近年来 Si COI技术的最新进展和简要评述
参考文献：
[1]. 碳化硅宽带隙半导体薄膜的异质外延生长技术及其结构性质分析[D]. 张永华. 西安电子科技大学. 2002
[2]. MOCVD异质外延硅基ZnO和SiC薄膜及其特性研究[D]. 姚然. 中国科学技术大学. 2007
[3]. SiCGe/SiC异质结光控达林顿晶体管设计及SiCGe/SiC异质结的制备[D]. 蒲红斌. 西安理工大学. 2006
[4]. 宽禁带半导体SiC和ZnO的外延生长及其掺杂的研究[D]. 苏剑峰. 中国科学技术大学. 2008
[5]. 发展中的SiCOI技术[J]. 张永华, 彭军. 微电子学. 2002