温度对于实现SiC薄膜晶型转变

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1、温度对于实现SiC薄膜晶型转变的研究进展摘要：SiC最显著的特征是同质多型体现象，不同晶型的SiC性质也有所不同，其晶型的稳定性也有差别【1】。温度做为一种实验过程参数，可以有效的改变样品结构。因而通过控制实验过程中的温度来实现对薄膜晶型结构转变是很有研究意义的。本文主要介绍了衬底温度和退火温度对薄膜的结构以及发光特性的影响，系统阐述了温度对于晶型转变过程的研究进展。说明利用射频磁控溅射法在Si衬底上生长SiC薄膜过程中温度的重要性，为下一步通过控制实验温度来实现SiC薄膜的同质异构生长及其界面特性做更深层的探究。关键词：SiC薄膜射频

2、磁控溅射结构转变温度引言：碳化硅（SiC）作为一种宽禁带半导体材料，由于其优秀的物理化学性质,例如高载流子饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场等特点，在高温、高频、大功率和抗辐射等方面有巨大的应用潜力，近年来对SiC材料进行了广泛深入的研究【2】。然而，在具体应用方面还有许多困难，原因之一是SiC体单晶制备难度大，而且价格昂贵，因此研究主要集中在硅材料上的异质外延【3】。多年来人们通过不懈努力推动了制备技术的发展,但是要使半导体获得更广泛的应用还面临巨大挑战。例如大尺寸、均匀、低缺陷密度、同质多型的高纯度单晶材料的制备由于是间接带隙半

3、导体,发光效率不高,如何拓展其在光电子器件方面的应用也是目前需要解决的问题层错扩张会导致器件出现退化现象,如何消除这种缺陷,也面临不少困难。总之在很多方面有着广泛的应用,但目前还有许多问题需要解决。目前,对SiC外延膜已做了广泛、深入的研究.对其结构及光电特性的研究已相当成熟.研究表明,制备方法及工艺参数对薄膜的成份、结构及其性质等都有重要的影响【20-22】,因此研究工艺参数对薄膜生长特性及其性质的影响很重要,但对于温度对SiC薄膜晶型转变的的影响报道很少。本文通过综述衬底温度和退火温度对薄膜的结构以及发光特性的影响，阐述了下一步实现

4、SiC薄膜的同质异构生长并对其界面进行研究。一．碳化硅的结构、性质、应用1．SiC的结构【4】SiC是ⅳ-ⅳ族二元化合物半导体,也是元素周期表ⅳ族元素中唯一一种固态化合物。按照晶体化学的观点,构成SiC的两种元素Si和C,每种原子被四个异种原子所包围,如图1.1所示,通过定向的强四面体SP3键结合在一起,并有一定程度的极化。SiC晶体具有很强的离子共价键,这反映了是一种结合能量稳定的结构。SiC具有很高的德拜温度,达到1200-1430K,因此决定了材料对于各种外界作用的稳定性,在力学、化学等方面具有优越的技术特性。图1．1SiC的正四

5、面体结构图1.2C-Si的双层及排列SiC晶体结构具有超过200种的同质异构体,如闪锌矿结构、纤锌矿结构和菱形结构。一般把纤锌矿结构和菱形结构的SiC多型体统称为α-SiC,把闪锌矿结构的SiC称为β-SiC。对于六方晶系,C轴垂直于三个相等而相互夹角为1200的轴b和d。所有这些晶体有着十分类似的结构：它们都是由垂直于轴线的完全相同的层组成。然而,由于相同层的堆垛次序不同导致在轴方向上每一种结构有各自特定的重复周期。如图1.3所示,将SiC双分子层看作一个基本单元,则每个SiC双分子层相对格栅来说可处于三个不同的位置,分别由A、B、C

6、表示。双分子层的堆积次序决定了相邻双分子层平面中的C,Si原子结合或呈现闪锌矿结构或呈现纤锌矿结构。如果堆垛顺序为ABC-ABC-…,则为闪锌矿结构,简写为3C-SiC。对于2H-SiC,堆垛顺序为AB-AB-…为纤锌矿结构。同理,对于4H-SiC和6H-SiC的堆垛次序分别为ABAC-ABAC-…和ABCACB-ABCACB-…,为纤锌矿结构。图1.33C-SiC、2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC双分子层的堆垛层次图1.4六方型SiC晶胞和立方型晶胞的重要晶面和晶向2.SiC的物理和化学性质【5】1.力学性质：SiC的莫氏硬度

7、为9.2-9.3。克氏硬度为3000㎏/㎜2,它的耐磨性比较高,如此使得SiC具有好的切割性,可用来切割红宝石.2.光学性质：可用来制作发光二极管具有较好的发光性能。因为SiC的禁带宽度较大,所以在紫外范围内有较强吸收,还可用来制作高效的紫外探测器。在红外范围内,SiC的光学支声子能量在95-105meV之间,因而在这个能量范围内的红外光有较高的反射效率,其反射率几乎接近1。其他范围的红外光的反射率较低。3.热学性质：SiC的热稳定性比较高,在常压下不可能熔化,高温下升华分解为C和含Si的SiC蒸汽,残留下来的石墨以原晶体的鹰形存在.。

8、4.化学性质：SiC化学性质稳定,耐强酸强碱,因而可用SiC作表面防腐蚀层.。5.电学性质：SiC作为典型的第三代宽带隙半导体材料,优异的电学性能使其在军事、航天等领域都有着广泛应用。不同的晶型的电学参数也