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在SiC晶体制备已取得长足进步的今天,如何获得大直径、高品质、低成本的SiC晶体依然是相关科研人员追求的目标。本文在2英寸SiC晶体常规生长工艺的基础上,借助多种特性表征手段对生长晶体的扩径和各种结构缺陷的成因与抑制进行了探讨,获得了如下主要结果: 1、利用具有自主知识产权的SiC晶体生长系统,在2英寸晶体生长工艺的基础上,采取改进坩埚结构等措施,实现了近4英寸(95mm)SiC晶体的优质生长,晶体直径在一个生长周期中的增幅最大可达12mm。 2、针对微管的形成,根据外来杂质颗粒会吸附在晶体生长表面这一实验现象,提出形核生长台阶与生长中引入的外来杂质颗粒间的相互作用很可能是微管的主要诱因,而构成微管的螺位错既可以是具有相反伯格斯矢量的螺位错对,也可以是具有相同伯格斯矢量的螺位错组;并在对微管演化过程进行了详细讨论的基础上,提出使用偏离c轴一定角度的籽晶或曲面籽晶,有望获得低微管密度的SiC晶体。 3、发现在生长晶体的边缘常常会出现结晶取向不同于主体部分、且载流子浓度较高(约为主体部分的4倍)的异向晶区。由于异向晶粒中很少发现微管,说明偏离(<00001(>)方向生长确实可获得低微管密度的SiC晶体。分析认为异向晶粒的形成可能与具有一定尺寸的热分解腔有关。热分解腔作为一种可能产生异向晶粒或导致微管增殖的宏观缺陷,起源于籽晶与籽晶台之间粘接不紧密所引起的温差,故可通过在籽晶背面镀一定厚度的C膜来实现无热分解腔的晶体制备,进而消除边缘异向晶粒。 4、针对同质异晶型问题,提出了一种简单的异晶型起源模型,即认为SiC晶体生长过程中的晶型转变起源于生长初期晶体生长前端的表面重构,亦即不同晶型对应着不同的表面原子排列,而晶型的稳定成长则与后续生长条件相关。发现调节坩埚与线圈的相对位置可获得晶型较为单一的6H-SiC晶体(6H晶型能占95%以上);相对提高硼、铝原子百分比似乎有利于6H-晶型的稳定;当以籽晶(4H-或6H-SiC)的C面为生长面,并在重掺氮条件下,容易获得4H-SiC晶体,而以籽晶的Si面为生长面时则容易获得6H-SiC晶体。 5、利用综合物性测量系统对掺钒6H-SiC进行测试时,首次发现这种样品具有室温铁磁性(饱和磁矩为~0.003emu/g)。分析认为,该室温铁磁性不可能来自铁磁性杂质的集聚或二次相,而可能来自非磁性元素钒,这为深入认识宽带隙半导体中自旋长程有序的机制提供了一个新的事例。 6、利用拉曼散射对微管及位错腐蚀坑内外部进行的微区测试表明,峰值位于~796cm-1的拉曼峰可作为堆垛层错的判据,亦是微管、位错等结构缺陷的特征峰,由此说明该峰的起因最终可能还是缺陷周围的应力场作用的结果;而微管外部的LOPC模随着测试距离的变化说明微管对其周边载流子具有陷阱作用;微管腐蚀坑内壁的载流子密度明显大于微管周边区域的现象,可能是体内载流子浓度与体表相差所致(体表载流子浓度受到诸如表面态等多种缺陷的影响而降低)。