SiC中V含量的二次离子质谱分析研究

论文摘要

SiC材料具有宽带隙、高临界击穿电场(硅的10倍)、高热导率(硅的3.3倍)、高载流子饱和漂移速率(硅的2.5倍)等优点,所以在高频、大功率、抗辐射、抗腐蚀、耐高温、低损耗的电子器件领域中具有非常广泛的应用前景。本论文主要利用二次离子质谱方法(SIMS)分析研究了SiC材料的杂质含量,重点分析掺钒碳化硅中钒的含量及性质。近年来随着碳化硅半导体技术的不断提高和完善,低阻的碳化硅晶体在制作功率器件方面已经取得较大进展。但是半绝缘SiC材料对SiC器件的制作和性能具有更重要的意义,特别是对功率器件、亚深微米器件和微波功率器件更是如此.半绝缘材料既可以做器件的衬底,又可以做器件间的隔离.更重要的是,无论从电特性还是导热特性来讲,半绝缘碳化硅材料都是在光电子和微波功率器件中具有重大应用前景的另一种宽禁带半导体材料GaN最好的衬底材料。因此研究和制作半绝缘碳化硅材料就显得尤为重要。在半绝缘碳化硅材料的制备工艺中,钒被用来作为高阻特性的掺杂元素,通过掺杂工艺控制钒在碳化硅中浓度达到半绝缘特性。因此,在实际应用中不论是原位掺杂还是离子注入获得半绝缘碳化硅,钒杂质含量的定量控制都是最终获得高性能、低缺陷半绝缘材料的必要条件。本文在总结了SiC材料的特性,研究了其单晶生长,分析讨论了SiC材料的晶体结构及多形体特性,SiC材料的电学热学特性以及其与SiC器件性能的关系的基础上,形成了以下的研究成果:(1)对钒掺杂SiC半绝缘材料的补偿机理和物理特性进行了详细的分析研究。(2)分析了二次离子质谱方法(SIMS)的测试原理,结合晶体的实际生长,制备了两块标样,提出了一套可靠的SiC中V的定量分析方法,为半绝缘碳化硅掺杂的定量控制提供实验依据,并已将此方法应用于本所SiC单晶生长工艺的改进,满足了实际应用的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究进展和状况
• 1.3 本课题的意义和主要工作
• 第二章 碳化硅半导体材料晶体结构及其性质
• 2.1 碳化硅材料的基本性质
• 2.1.1 SiC 的结构特性
• 2.1.2 SiC 的基本物理化学性能
• 2.1.3 SiC 的光致发光
• 2.2 碳化硅材料的晶体结构
• 2.3 碳化硅材料的电学性质
• 第三章 碳化硅半导体材料的制备工艺
• 3.1 碳化硅单晶生长
• 3.1.1 Acheson 法
• 3.1.2 LeIy 方法
• 3.1.3 籽晶升华方法
• 3.2 碳化硅的薄膜外延生长
• 第四章 半绝缘SiC 的形成机理
• 4.1 半绝缘碳化硅的国内外研究现状
• 4.2 掺钒碳化硅单晶半绝缘特性补偿机理研究
• 4.3 碳化硅单晶均匀掺杂控制技术研究
• 第五章 二次离子质谱（SIMS）分析技术及实验样品的制备
• 5.1 SIMS 的发展历程
• 5.2 SIMS 的工作原理
• 5.2.1 粒子溅射的级联碰撞与二次离子发射
• 5.2.2 粒子溅射的级联碰撞与二次离子发射
• 5.2.3 CAMECA IMS 4F 的结构与性能
• 5.2.4 SIMS 基本关系式
• 5.3 SIMS 深度剖析
• 5.4 SIMS 分析中常用的名词
• 5.4.1 浓度与原子密度
• 5.4.2 溅射产额
• 5.4.3 二次离子产率
• 5.4.4 溅射速率
• 5.4.5 基体效应
• 5.4.6 噪声本底
• 5.5 实验样品的制备
• 5.5.1 标样的制备
• 5.5.2 空白样品的制备
• 5.5.3 待测样品的制备
• 第六章 SIMS 实验研究方法分析及结论
• 6.1 SIMS 深度分析条件的建立
• 6.1.1 一次离子束及其分析参数的选择
• 6.1.2 二次离子收集面积的选择
• 6.1.3 干扰峰的消除
• 6.1.4 轰击时间—溅射深度的转换与深度测量
• 6.2 SIMS 定量分析方法
• 6.3 实验结果及其分析
• 6.3.1 离子注入样品的定量分析
• 6.3.2 本底检测结果分析
• 6.4 半绝缘样品的测试应用
• 6.4.1 半绝缘样品的SIMS 分析
• 6.4.2 本方法测试结果偏差的来源分析
• 第七章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢