碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] 。目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等。但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] 。微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] 。堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能。Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的。Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错。Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错。Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的。Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生。道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] 。实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究。
本工作用熔融KOH腐蚀SiC晶片, 并用光学显微镜研究了4H-SiC晶体中堆垛层错缺陷的形貌特征; 然后研究了非故意掺氮与掺氮、晶体中氮浓度较高的小面区域与非小面区域对堆垛层错缺陷的影响, 并对相应机理进行了分析。
1 实验方法
首先采用物理气相传输法(即PVT法)在4英寸偏<11¯20>方向4°的4H-SiC籽晶的C面进行晶体生长, 获得两根4H-SiC晶体, 生长气氛分别为氩氮混合气(其中氮浓度2%)和纯氩气, 生长的晶体分别标记为晶体(N)和晶体(Ar)。将晶体(N)的籽晶切掉, 然后分别沿平行和垂直于(1¯100)方向进行纵向和横向切片, 得到厚度分别为0.8 mm的(1¯100)切片和0.4 mm的(000¯1)切片; 晶体(Ar)沿垂直于(1¯100)方向进行横向切片, 得到厚度为0.4 mm的(000¯1)切片。图1 (I)为晶体(N)的(1¯100)切片结构示意图, 图1 (II)为晶体(N)的(000¯1)切片示意图, 图1 (III)为晶体(Ar)的(000¯1)切片示意图。对所得(1¯100)切片的Si面和两个平行于(1¯100)的侧面及(000¯1)切片的Si面进行化学机械抛光, 抛光后的切片在500℃熔融态的KOH中腐蚀20 min, 采用光学显微镜观测堆垛层错的形貌。
图1 平行和垂直于(1¯100)方向的晶体切片示意图
Fig. 1 Schematic of wafers sliced from grown crystals parallel and perpendicular to the (1¯100)
2 结果与讨论
图1 (I)的面DCGH是(1¯100)切片的Si面。图2 是(1¯100)切片在500℃熔融态的KOH中腐蚀20 min后Si面Q位置的光学显微镜照片。从图2 中可见7条相互平行的条纹(下文称平行条纹), 条纹上分布着贝壳形的基平面位错, 平行条纹的方向垂直于(1¯100)。图2 中贝壳形为基平面位错。图2 中平行条纹为堆垛层错, 是由相邻基平面位错在热应力的作用下滑移而产生的[14 ,16 ] 。一般认为SiC晶体中的堆垛层错形成能很小, 约为14.7 mJ/m2 , 这就造成在SiC晶体中很容易产生堆垛层错[17 ] 。
图2 (1¯100)切片在500℃熔融态的KOH中腐蚀20 min后Si面Q位置的光学显微镜照片
Fig. 2 OM image of the position Q of Si-face of the (1¯100) wafer etched in the molten KOH at 500℃ for 20 min
图3 (a)是(1¯100)切片侧面EFGH观测位置M的S观测点的光学显微镜照片, 可见大量有一定偏斜角度的平行条纹, 平行条纹长短不一, 经测量, 平行条纹与切片Si面的夹角为4°, 即平行于(000¯1)面。然后在另一侧面ABCD选取与S观测点对称的T观测点, 图3 (b)是该观测位置的光学显微镜照片。与图3 (a)相同, 可见大量有一定偏斜角度的平行条纹, 平行条纹长短不一, 经测量, 平行条纹与切片Si面的夹角为4°, 即平行于(000¯1)方向。
图3 (a)腐蚀后的(1¯100)切片观测点S的光学显微镜照片和(b)腐蚀后的(1¯100)切片与观测点S对称的观测点T的光学显微镜照片
Fig. 3 (a) OM image of the point S of side face of the etched (1¯100) wafer and (b) OM image of the point T which is symmetrical to the point S of side face of the etched (1¯100) wafer
将图3 (a)与图3 (b)做对称处理, 可见两图中平行条纹为对称关系, 即该平行条纹贯穿于晶体中, 该缺陷为SiC晶体中的堆垛层错, 如图3 所示, 其方向平行于(000¯1)。
图4 (a)是(1¯100)切片Si面DCGH的CG侧的光学显微镜照片, 图4 (b)是切片侧面ABCD的BC侧的光学显微镜照片, 将两张光学显微镜照片沿(11¯00)切片的棱CD拼接得到图4 (c)。从图4 (c)可见, 红色虚线箭头与红色虚线框均指示(1¯100)切片Si面的平行条纹与切片侧面平行条纹相连, 表明二者存在对应关系, 即切片Si面上的平行条纹是SiC晶体中堆垛层错与Si面的交线, 堆垛层错沿平行于(000¯1)方向生长延伸, 如图5 所示。
图4 (a)腐蚀后的(1¯100)切片DCGH面的CG侧的光学显微镜照片, (b)腐蚀后的(1¯100)切片侧面ABCD的BC侧的光学显微镜照片和(c)图(a)与图(b)的拼接照片
Fig. 4 (a) OM image of the end CG of DCGH face of the etched (1¯100) wafer, (b) OM image of the end BC of ABCD face of the etched (1¯100) wafer and (c) stitching OM image of (a) and (b)
图5 SiC晶体中堆垛层错的特征
Fig. 5 Characteristic of stacking fault in SiC crystal
图6 (a)~(c)和(d)~(f)分别为KOH腐蚀后晶体(N)和晶体(Ar)的(000¯1)切片的光学显微镜照片, 图6 (a)~(c)和(d)~(f)分别对应图1 (II)中的位置a~c和图1 (III)中的位置d~f, 其中位置b和e分别处于切片小面区域, 碳化硅晶体的小面是极性面(000¯1)作为生长面在晶体生长过程中表现出来的。如图所示, 图6 (a)和(c)中存在大量堆垛层错缺陷, 密度分别为5.4× 102 /cm2 和6.7×102 /cm2 ; 图6 (d)和(f)中存在少量堆垛层错缺陷, 密度均为2.6×101 /cm2 , 而小面位置图6 (b)和(e)中均未见堆垛层错缺陷。
图6 腐蚀后的(000¯1)切片不同位置的光学显微镜照片
Fig. 6 OM images of the different positions of the etched (000¯1) wafer
非小面区域氮掺杂晶体的堆垛层错缺陷密度远高于非故意氮掺杂的晶体; 但是在氮掺杂晶体的小面区域并没有发现堆垛层错缺陷。通常认为, SiC晶体中氮掺杂浓度的增加容易导致晶体中产生堆垛层错缺陷, 故掺氮生长的晶体(N)非小面区域的堆垛层错密度远大于未掺氮生长的晶体(Ar)[13 ,18 ] 。PVT法生长的SiC晶体存在一个生长小面, 由于生长机制的不同[19 ] , 晶体中小面区域氮浓度明显高于非小面区域的氮浓度。不同于通常文献报道的氮浓度高容易导致堆垛层错增多的规律[13 ,18 ] , 本实验结果显示: 虽然晶体小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未见堆垛层错缺陷。这主要是由于SiC晶体小面区域和非小面区域的生长习性不同导致的, 现有研究表明, SiC晶体小面区域的微观台阶结构不同于非小面区域, 小面处台阶高度低于非小面区域, 通常为1个单胞高度, 台阶的宽度大于非小面区域[19 ] 。Takahashi等[20 ] 通过原子结构模型分析认为, 4H-SiC的(1¯100)面是由(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层组成的。在(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层的一个Si-C层内, 其Si-C键存在两种不同且能量相近的配置。堆垛层错的产生就是上述位置在生长过程中出现错排导致的。SiC台阶结构的高度方向对应的主要为(1¯100)面, 在小面区域主要为1个单胞高度的台阶流动生长模式, SiC晶格堆垛顺序比较容易从晶体台阶侧向传递出来。但是, 在非小面区域存在台阶束的聚集, 台阶高度达到几个到数百个单胞高度, 台阶侧面存在大量的两种不同且能量相近的配置[20 ] , 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷。因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷。
3 结论
通过对4H-SiC晶体中堆垛层错缺陷形貌特征的研究, 发现4H-SiC晶片表面的基平面位错缺陷的连线对应于晶体中的堆垛层错缺陷, 且该连线的方向平行于<1¯100>方向。非小面区域氮掺杂生长的晶体堆垛层错密度高于非故意氮掺杂生长的晶体。尽管氮掺杂生长的SiC晶体的小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在晶体小面区域并不存在堆垛层错缺陷, 这主要是由于SiC晶体的小面区域和非小面区域不同的生长习性导致的。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
文献选项
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宽禁带半导体碳化硅单晶生长和物性研究进展
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Defects in Ge doped SiC crystals
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Characterizations and formation mechanism of a new type of defect related to nitrogen doping in SiC crystals
1
2014
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
Step flow and polytype transformation in growth of 4H-SiC crystals
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2014
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
Basal plane dislocation- threading edge dislocation complex dislocations in 6H-SiC single crystals
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2015
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
Debye temperature of 4H-SiC determined by X-ray powder diffraction
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2009
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
Formation mechanism of type 2 micropipedefectsin 4H-SiC crystals
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2013
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
100 mm 4HN-SiC wafers with zero micropipe density
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2008
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
Structural instability of 4H-SiC polytype induced by n-type doping
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2002
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
Spontaneous formation of stacking faults in highly doped 4H-SiC during annealing
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2002
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
Defect and growth analysis of SiC bulk single crystals with high nitrogen doping
3
2007
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
... 非小面区域氮掺杂晶体的堆垛层错缺陷密度远高于非故意氮掺杂的晶体; 但是在氮掺杂晶体的小面区域并没有发现堆垛层错缺陷.通常认为, SiC晶体中氮掺杂浓度的增加容易导致晶体中产生堆垛层错缺陷, 故掺氮生长的晶体(N)非小面区域的堆垛层错密度远大于未掺氮生长的晶体(Ar)[13 ,18 ] .PVT法生长的SiC晶体存在一个生长小面, 由于生长机制的不同[19 ] , 晶体中小面区域氮浓度明显高于非小面区域的氮浓度.不同于通常文献报道的氮浓度高容易导致堆垛层错增多的规律[13 ,18 ] , 本实验结果显示: 虽然晶体小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未见堆垛层错缺陷.这主要是由于SiC晶体小面区域和非小面区域的生长习性不同导致的, 现有研究表明, SiC晶体小面区域的微观台阶结构不同于非小面区域, 小面处台阶高度低于非小面区域, 通常为1个单胞高度, 台阶的宽度大于非小面区域[19 ] .Takahashi等[20 ] 通过原子结构模型分析认为, 4H-SiC的(1¯100)面是由(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层组成的.在(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层的一个Si-C层内, 其Si-C键存在两种不同且能量相近的配置.堆垛层错的产生就是上述位置在生长过程中出现错排导致的.SiC台阶结构的高度方向对应的主要为(1¯100)面, 在小面区域主要为1个单胞高度的台阶流动生长模式, SiC晶格堆垛顺序比较容易从晶体台阶侧向传递出来.但是, 在非小面区域存在台阶束的聚集, 台阶高度达到几个到数百个单胞高度, 台阶侧面存在大量的两种不同且能量相近的配置[20 ] , 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷.因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷. ...
... [13 ,18 ], 本实验结果显示: 虽然晶体小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未见堆垛层错缺陷.这主要是由于SiC晶体小面区域和非小面区域的生长习性不同导致的, 现有研究表明, SiC晶体小面区域的微观台阶结构不同于非小面区域, 小面处台阶高度低于非小面区域, 通常为1个单胞高度, 台阶的宽度大于非小面区域[19 ] .Takahashi等[20 ] 通过原子结构模型分析认为, 4H-SiC的(1¯100)面是由(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层组成的.在(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层的一个Si-C层内, 其Si-C键存在两种不同且能量相近的配置.堆垛层错的产生就是上述位置在生长过程中出现错排导致的.SiC台阶结构的高度方向对应的主要为(1¯100)面, 在小面区域主要为1个单胞高度的台阶流动生长模式, SiC晶格堆垛顺序比较容易从晶体台阶侧向传递出来.但是, 在非小面区域存在台阶束的聚集, 台阶高度达到几个到数百个单胞高度, 台阶侧面存在大量的两种不同且能量相近的配置[20 ] , 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷.因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷. ...
Residual stresses. Residual stresses and stacking faults in n-type 4H-SiC epilayers
2
2004
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
... 图1 (I)的面DCGH是(1¯100)切片的Si面.图2 是(1¯100)切片在500℃熔融态的KOH中腐蚀20 min后Si面Q位置的光学显微镜照片.从图2 中可见7条相互平行的条纹(下文称平行条纹), 条纹上分布着贝壳形的基平面位错, 平行条纹的方向垂直于(1¯100).图2 中贝壳形为基平面位错.图2 中平行条纹为堆垛层错, 是由相邻基平面位错在热应力的作用下滑移而产生的[14 ,16 ] .一般认为SiC晶体中的堆垛层错形成能很小, 约为14.7 mJ/m2 , 这就造成在SiC晶体中很容易产生堆垛层错[17 ] . ...
Experimental verification of the model for formation of double Shockley stacking faults in highly doped regions of PVT-grown 4H-SiC wafers
1
2016
... 碳化硅(SiC)是目前发展较为成熟的宽禁带半导体材料之一, 具有宽带隙、高击穿电场、高饱和电子漂移速度和高导热性等优异性能, 是制作高温、高频、大功率和低损耗器件的优良材料[1 ,2 ] .目前, 已有多种SiC器件问世并逐步得到应用, 如P-i-N二极管、肖特基二极管、MOSFET、光导开关[3 ] 等.但是, 目前SiC单晶材料仍然存在一些缺陷, 如微管、多型、位错、堆垛层错等[4 ,5 ,6 ,7 ] , 这在很大程度上限制了SiC材料的应用[8 ,9 ] .微管作为碳化硅晶体的特有缺陷, 经过行业多年深入研究, 已清楚其产生和演变机理, 目前科锐(Cree)公司已能够提供零微管的碳化硅衬底[10 ] .堆垛层错作为SiC晶体中的一种面缺陷, 在SiC衬底外延过程中会繁衍到外延层中, 从而降低外延层的质量并影响最终SiC器件的性能.Liu等[11 ] 对在PVT法生长过程中通氮气掺杂的4H-SiC晶片进行了研究, 在晶片中心区域观察到堆垛层错, 他认为堆垛层错的形成是由于电子从导带到量子阱态的跃迁造成的.Kuhr等[12 ] 研究了高温退火对4H-SiC晶体中堆垛层错的影响, 高温退火后晶体中的堆垛层错密度大幅增加, 理论和实验结果表明重掺杂氮会导致4H-SiC晶体中自发形成堆垛层错.Kato等[13 ] 研究了在4H-SiC晶体生长过程中重掺杂氮对堆垛层错的影响, 结果表明重掺杂氮的生长区域会产生堆垛层错, 未掺杂氮的生长区域不会产生堆垛层错.Kato还发现堆垛层错产生于晶体生长初期, 主要是由晶体生长初期速率较低, 氮掺杂浓度相对较高导致的.Okojie等[14 ] 研究了SiC衬底外延生长过程中堆垛层错的产生机理, 认为是衬底与外延层间氮掺杂浓度差异引起的应力导致堆垛层错的产生.道康宁(Dow Corning)公司研究发现当碳化硅衬底中的氮浓度超过一定水平时, 衬底表面的划痕处在高温退火时会形成堆垛层错[15 ] .实际产业化过程中, 导电型4H-SiC晶体需要引入氮掺杂来调控晶体的导电性, 为了控制导电型4H-SiC晶体中的堆垛层错缺陷, 堆垛层错缺陷形成机理以及氮掺杂浓度对晶体中堆垛层错缺陷的影响值得进一步深入研究. ...
600-
1
2008
... 图1 (I)的面DCGH是(1¯100)切片的Si面.图2 是(1¯100)切片在500℃熔融态的KOH中腐蚀20 min后Si面Q位置的光学显微镜照片.从图2 中可见7条相互平行的条纹(下文称平行条纹), 条纹上分布着贝壳形的基平面位错, 平行条纹的方向垂直于(1¯100).图2 中贝壳形为基平面位错.图2 中平行条纹为堆垛层错, 是由相邻基平面位错在热应力的作用下滑移而产生的[14 ,16 ] .一般认为SiC晶体中的堆垛层错形成能很小, 约为14.7 mJ/m2 , 这就造成在SiC晶体中很容易产生堆垛层错[17 ] . ...
Recombination-induced stacking faults: evidence for a general mechanism in hexagonal SiC
1
2006
... 图1 (I)的面DCGH是(1¯100)切片的Si面.图2 是(1¯100)切片在500℃熔融态的KOH中腐蚀20 min后Si面Q位置的光学显微镜照片.从图2 中可见7条相互平行的条纹(下文称平行条纹), 条纹上分布着贝壳形的基平面位错, 平行条纹的方向垂直于(1¯100).图2 中贝壳形为基平面位错.图2 中平行条纹为堆垛层错, 是由相邻基平面位错在热应力的作用下滑移而产生的[14 ,16 ] .一般认为SiC晶体中的堆垛层错形成能很小, 约为14.7 mJ/m2 , 这就造成在SiC晶体中很容易产生堆垛层错[17 ] . ...
Nitrogen doping and multiplicity of stacking faults in SiC
2
2006
... 非小面区域氮掺杂晶体的堆垛层错缺陷密度远高于非故意氮掺杂的晶体; 但是在氮掺杂晶体的小面区域并没有发现堆垛层错缺陷.通常认为, SiC晶体中氮掺杂浓度的增加容易导致晶体中产生堆垛层错缺陷, 故掺氮生长的晶体(N)非小面区域的堆垛层错密度远大于未掺氮生长的晶体(Ar)[13 ,18 ] .PVT法生长的SiC晶体存在一个生长小面, 由于生长机制的不同[19 ] , 晶体中小面区域氮浓度明显高于非小面区域的氮浓度.不同于通常文献报道的氮浓度高容易导致堆垛层错增多的规律[13 ,18 ] , 本实验结果显示: 虽然晶体小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未见堆垛层错缺陷.这主要是由于SiC晶体小面区域和非小面区域的生长习性不同导致的, 现有研究表明, SiC晶体小面区域的微观台阶结构不同于非小面区域, 小面处台阶高度低于非小面区域, 通常为1个单胞高度, 台阶的宽度大于非小面区域[19 ] .Takahashi等[20 ] 通过原子结构模型分析认为, 4H-SiC的(1¯100)面是由(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层组成的.在(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层的一个Si-C层内, 其Si-C键存在两种不同且能量相近的配置.堆垛层错的产生就是上述位置在生长过程中出现错排导致的.SiC台阶结构的高度方向对应的主要为(1¯100)面, 在小面区域主要为1个单胞高度的台阶流动生长模式, SiC晶格堆垛顺序比较容易从晶体台阶侧向传递出来.但是, 在非小面区域存在台阶束的聚集, 台阶高度达到几个到数百个单胞高度, 台阶侧面存在大量的两种不同且能量相近的配置[20 ] , 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷.因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷. ...
... ,18 ], 本实验结果显示: 虽然晶体小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未见堆垛层错缺陷.这主要是由于SiC晶体小面区域和非小面区域的生长习性不同导致的, 现有研究表明, SiC晶体小面区域的微观台阶结构不同于非小面区域, 小面处台阶高度低于非小面区域, 通常为1个单胞高度, 台阶的宽度大于非小面区域[19 ] .Takahashi等[20 ] 通过原子结构模型分析认为, 4H-SiC的(1¯100)面是由(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层组成的.在(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层的一个Si-C层内, 其Si-C键存在两种不同且能量相近的配置.堆垛层错的产生就是上述位置在生长过程中出现错排导致的.SiC台阶结构的高度方向对应的主要为(1¯100)面, 在小面区域主要为1个单胞高度的台阶流动生长模式, SiC晶格堆垛顺序比较容易从晶体台阶侧向传递出来.但是, 在非小面区域存在台阶束的聚集, 台阶高度达到几个到数百个单胞高度, 台阶侧面存在大量的两种不同且能量相近的配置[20 ] , 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷.因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷. ...
AFM investigation of interface step structures on PVT-grown (0001) Si 6H-SiC crystals
2
2004
... 非小面区域氮掺杂晶体的堆垛层错缺陷密度远高于非故意氮掺杂的晶体; 但是在氮掺杂晶体的小面区域并没有发现堆垛层错缺陷.通常认为, SiC晶体中氮掺杂浓度的增加容易导致晶体中产生堆垛层错缺陷, 故掺氮生长的晶体(N)非小面区域的堆垛层错密度远大于未掺氮生长的晶体(Ar)[13 ,18 ] .PVT法生长的SiC晶体存在一个生长小面, 由于生长机制的不同[19 ] , 晶体中小面区域氮浓度明显高于非小面区域的氮浓度.不同于通常文献报道的氮浓度高容易导致堆垛层错增多的规律[13 ,18 ] , 本实验结果显示: 虽然晶体小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未见堆垛层错缺陷.这主要是由于SiC晶体小面区域和非小面区域的生长习性不同导致的, 现有研究表明, SiC晶体小面区域的微观台阶结构不同于非小面区域, 小面处台阶高度低于非小面区域, 通常为1个单胞高度, 台阶的宽度大于非小面区域[19 ] .Takahashi等[20 ] 通过原子结构模型分析认为, 4H-SiC的(1¯100)面是由(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层组成的.在(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层的一个Si-C层内, 其Si-C键存在两种不同且能量相近的配置.堆垛层错的产生就是上述位置在生长过程中出现错排导致的.SiC台阶结构的高度方向对应的主要为(1¯100)面, 在小面区域主要为1个单胞高度的台阶流动生长模式, SiC晶格堆垛顺序比较容易从晶体台阶侧向传递出来.但是, 在非小面区域存在台阶束的聚集, 台阶高度达到几个到数百个单胞高度, 台阶侧面存在大量的两种不同且能量相近的配置[20 ] , 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷.因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷. ...
... [19 ].Takahashi等[20 ] 通过原子结构模型分析认为, 4H-SiC的(1¯100)面是由(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层组成的.在(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层的一个Si-C层内, 其Si-C键存在两种不同且能量相近的配置.堆垛层错的产生就是上述位置在生长过程中出现错排导致的.SiC台阶结构的高度方向对应的主要为(1¯100)面, 在小面区域主要为1个单胞高度的台阶流动生长模式, SiC晶格堆垛顺序比较容易从晶体台阶侧向传递出来.但是, 在非小面区域存在台阶束的聚集, 台阶高度达到几个到数百个单胞高度, 台阶侧面存在大量的两种不同且能量相近的配置[20 ] , 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷.因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷. ...
Sublimation growth of 6H- and 4H-SiC single crystals in the [1¯100] and [11¯20] directions
2
1997
... 非小面区域氮掺杂晶体的堆垛层错缺陷密度远高于非故意氮掺杂的晶体; 但是在氮掺杂晶体的小面区域并没有发现堆垛层错缺陷.通常认为, SiC晶体中氮掺杂浓度的增加容易导致晶体中产生堆垛层错缺陷, 故掺氮生长的晶体(N)非小面区域的堆垛层错密度远大于未掺氮生长的晶体(Ar)[13 ,18 ] .PVT法生长的SiC晶体存在一个生长小面, 由于生长机制的不同[19 ] , 晶体中小面区域氮浓度明显高于非小面区域的氮浓度.不同于通常文献报道的氮浓度高容易导致堆垛层错增多的规律[13 ,18 ] , 本实验结果显示: 虽然晶体小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未见堆垛层错缺陷.这主要是由于SiC晶体小面区域和非小面区域的生长习性不同导致的, 现有研究表明, SiC晶体小面区域的微观台阶结构不同于非小面区域, 小面处台阶高度低于非小面区域, 通常为1个单胞高度, 台阶的宽度大于非小面区域[19 ] .Takahashi等[20 ] 通过原子结构模型分析认为, 4H-SiC的(1¯100)面是由(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层组成的.在(3¯304)和(3¯30¯4)亚原子层的一个Si-C层内, 其Si-C键存在两种不同且能量相近的配置.堆垛层错的产生就是上述位置在生长过程中出现错排导致的.SiC台阶结构的高度方向对应的主要为(1¯100)面, 在小面区域主要为1个单胞高度的台阶流动生长模式, SiC晶格堆垛顺序比较容易从晶体台阶侧向传递出来.但是, 在非小面区域存在台阶束的聚集, 台阶高度达到几个到数百个单胞高度, 台阶侧面存在大量的两种不同且能量相近的配置[20 ] , 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷.因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷. ...
... [20 ], 容易导致SiC晶格堆垛顺序出现错排, 从而引起堆垛层错缺陷.因此, 由于SiC晶体小面区域特殊的生长习性导致尽管小面区域的氮浓度高于非小面区域, 但是在小面区域并未出现堆垛层错缺陷. ...
, 刘春俊
