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碳化硅是一种间接宽带隙的半导体材料,具有广泛的应用前景。它的结构特性之一是多型性,结构的多型性使它具有诸多不同的光学及电学特性。碳化硅晶体具有热导率高、抗电压击穿能力强、饱和电子漂移速率高、硬度高、化学稳定强、耐辐射和耐高温等优良特性,这些优良特性使其在高频、高温、抗辐射、大功率和高密度集成电子器件等方面倍受青睐,被誉为前景十分广阔的第三代半导体材料。目前,因其用途的不同,可以采用多种制备方法获得碳化硅材料。
载流子浓度是半导体材料的特征参数之一,尤其对于掺杂半导体材料更为突出。常用的载流子浓度测试方法均存在某些不足之处。拉曼光谱是一种无损探测手段,可以提供关于晶体结构和载流子浓度等诸多信息。不同载流子浓度将会引起半导体材料的纵光学声子与等离子体激元形成的耦合模(LOPC)的频率及线形发生不同程度的改变。本论文首先针对基于LOPC模测量载流子浓度的理论方法进行了详细的分析和论证,建立了较为合理的理论方法;在室温下获得了n 型 4H-和 6H-SiC 的拉曼光谱,借助拉曼光谱对结构和缺陷进行了分析检测;观察到了杂质对于SiC晶体某些本征拉曼散射峰的影响,通过拟合n型4H-和6H-SiC晶体的LOPC模的线形得到等离子体共振频率,并由此给出载流子浓度的理论计算值;另外,利用霍尔效应测量了掺杂碳化硅晶体的载流子浓度,实验和理论计算值二者符合得很好。研究结果表明对于n型4H-和6H-SiC晶体,利用拉曼光谱可以较准确地给出材料的载流子浓度、晶型以及缺陷分析,具有简单易行的特点。
由于碳化硅晶体本身具有的优异特性,多孔碳化硅的制备和研究更受关注。在发光二极管、光探测器、气体传感器等方面具有很好的应用前景。本文采用电化学腐蚀法在没有紫外光照的条件下制备出多孔n型6H-及15R-SiC材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(sEM)以及拉曼光谱等对多孔碳化硅材料的结构和性质进行了较为详细的分析,首次获得了基于15R-SiC单晶体的多孔材料。研究结果表明:多孔碳硅材料的表面形貌与晶体的晶型有关;由于表面多孔化,导致晶体的拉曼散射峰位发生变化,尤其是LOPC模的变化更为突出。
利用X射线反射谱分析了多孔碳化硅的孔隙率,与SEM观测到的结果符合得较好。