助溶劑法不同形貌SiC晶體的生長.pdf

1、SiC半導體材料是自第一代半導體材料(Si)和第二代化合物半導體材料(GaAs、GaP、InP等)之后發(fā)展起來的第三代寬帶隙半導體材料,具有優(yōu)異的物理化學性能.SiC體單晶和一維納米晶須在制備高溫、高頻、大功率的光電子器件方面具有較大的應用潛力.本文在前人SiC單晶和一維納米晶須生長研究的基礎上,開展金屬硅化物熔體中,SiC體單晶和一維納米晶須的生長及其機理的研究. FeSi熔體做助溶劑,石墨坩鍋做碳源,開展液相法SiC單晶生長

2、研究.研究表明FeSi熔體能溶解足夠的C并有SiC單晶從熔體中析出.XRD分析表明反應產(chǎn)物基本上都是3C-SiC,并伴有少量的6H-SiC,一般認為這是晶體中存在的層錯或寄生相等缺陷造成的.Raman分析確認熔體中所生長的SiC單晶為3C-SiC,并存在一定程度的層錯等缺陷和較大的金屬元素摻雜.SiC單晶的典型形貌表明熔體中SiC單晶的生長遵循二維形核.層生長機理. 在助溶劑法SiC單晶生長中發(fā)現(xiàn),在一定含量的氧氣氛下傾向于納米

3、晶須的生長.基于這一事實,進行了以FeSi和NiSi為助溶劑SiC一維納米材料生長的研究,得到大量高質(zhì)量的SiC納米晶須.分析表明,納米晶須產(chǎn)物為3C-SiC,其晶格常數(shù)為4.364A,(111)面晶面間距為0.25nm,生長方向為[111]晶向.Raman分析表明,所得的3C-SiC納米晶須結(jié)晶化程度良好,由于尺寸效應,納米晶須的散射峰相對標準3C-SiC單晶向低波數(shù)偏移. 對SiC納米晶須的生長機理進行研究表明,SiC晶須的

4、形成經(jīng)歷了兩個階段:晶核形成階段和晶須長大階段.各個溫度下生長的SiC納米晶須均植根于FeSi和NiSi助溶劑,且頂端有球形助溶劑液滴.這些事實暗示了晶須的生長機理是固-液-固(SLS)形核和氣-液-固(VLS)生長的聯(lián)合生長機理.在晶核形成階段,石墨(S)中的C在助溶劑(L)中溶解,其中的Fe(Ni)增大了熔體中C的溶解度,熔體中Si和C以SLS模式形成SiC晶核(S);在晶須生長過程中,氣氛中微量的02與Si和C反應生成的CO和Si

5、O(V)溶解在晶須頂端液滴(L)內(nèi),在金屬Fe(Ni)的催化作用下,以氣-液-固(VLS)模式沿[111]方向生長為SiC納米晶須(S).以NiSi熔體為助溶劑的反應溫度較低的的試樣,由于同石墨基板的浸潤性比較差,被SiC晶須蓬松覆蓋的NiSi熔體呈球狀分布在石墨基板上.在降溫過程中,反應氣氛中未消耗的中間產(chǎn)物CO和SiO,反應生成SiO<,2>,并以無定形態(tài)包覆在先前生成的SiC晶須表面,生成SiO<,2>包覆的SiC晶須.