Si(110)基板上激光化學氣相沉積法外延生長3C-SiC薄膜.pdf

1、立方碳化硅（3C-SiC）作為一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿場強、高的電子遷移率，以及化學性能穩(wěn)定，機械性能好等特性，在高溫、高頻、大功率、和抗輻射電子器件等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。針對現(xiàn)有的Si(110)基板上3C-SiC薄膜外延生長的研究中存在厚度小、沉積速率低等問題，本論文采用激光化學氣相沉積技術(shù)，以六甲基二硅烷(HMDS， Si(CH3)3-Si(CH3)3）為前驅(qū)體，分別以Ar和H2作為稀釋氣體，在Si(110)

2、基板上制備3C-SiC外延薄膜。重點研究了沉積氣氛、沉積溫度、沉積壓強、沉積時間、稀釋氣體流量對薄膜取向、形貌、沉積速率影響及界面空洞缺陷消除后3C-SiC薄膜的外延生長。
　　在 Ar氣氛中分別研究了沉積溫度、沉積時間、稀釋氣體流量對3C-SiC薄膜晶體取向、形貌、結(jié)晶質(zhì)量及沉積速率的影響，采用X射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、拉曼光譜（Raman）對薄膜物相、形貌、結(jié)構(gòu)進行表征。結(jié)果表明：通過調(diào)節(jié)工藝參

3、數(shù)在 Si(110)基板上僅能生長3C-SiC<111>晶體取向的薄膜，在沉積溫度1598 K、沉積壓強100 Pa、Ar流量500 sccm條件下，3C-SiC<111>取向的晶粒呈金字塔生長，薄膜的最高沉積速率為41?m/h。采用先通入稀釋氣體（Ar），激光加熱到沉積溫度再通入 HMDS的工藝發(fā)現(xiàn)Si基板表面被刻蝕產(chǎn)生界面空洞，通過分析界面空洞的產(chǎn)生機理后對工藝流程進行改進，采用激光先加熱到沉積溫度，然后同時通入稀釋氣體（Ar）和H

4、MDS的工藝流程消除了界面空洞并在預(yù)熱溫度1073 K，沉積溫度1598 K、沉積壓強100 Pa、Ar流量500 sccm條件下獲得了3C-SiC<111>的外延生長。極圖與透射電子顯微鏡（TEM）分析表示薄膜外延關(guān)系為3C-SiC[-1-12]//Si[001]和3C-SiC[-110]//Si[-110]。
　　H2氣氛中，在Si(110)基板上分別獲得了<110>和<111>取向的3C-SiC外延薄膜。研究沉積溫度(147

5、3 K-1623 K)和沉積壓強(800 Pa-1400 Pa)條件下3C-SiC薄膜外延取向的生長規(guī)律。結(jié)果表明：低溫低壓下，3C-SiC薄膜在Si(110)基板上呈<110>取向外延生長，其外延關(guān)系為3C-SiC[110]//Si[110]和3C-SiC[111]//Si[111]；隨著溫度和壓強的升高，3C-SiC薄膜呈<110>和<111>隨機取向生長；高溫1623 K和高壓1200 Pa-1400 Pa下，3C-SiC薄膜在S