6H-SiC上3C-SiC缓冲层及SiCGe薄膜的生长

论文摘要

在6H-SiC衬底上异质外延生长SiCGe薄膜,通过调节材料的禁带宽度从而实现材料对近红外和可见光的较强吸收,进而开发碳化硅在光电子技术领域的新应用,具有很高的实用价值。然而在材料的生长过程中,还存在很多问题。通过对材料的测试分析来优化实验工艺条件,改善薄膜的质量就显得尤为重要。本文介绍采用热壁化学气相沉积（HWCVD）法在6H-SiC衬底上异质外延生长3C-SiC缓冲层和SiCGe合金薄膜的工艺及材料的特性。主要研究内容如下:1、研究了两个重要因素——源气体流量和生长温度对3C-SiC质量的影响。通过优化工艺条件,在热壁CVD系统中生长出了品质良好的3C-SiC薄膜,并采用SEM、AFM、TEM、XPS等测试方法对样品进行了表征。通过分析得出生长温度为1250℃、反应源气体流量为H2:SiH4:C3H8=2000:10:4 SCCM,生长压力为480Pa的情况下3C-SiC薄膜生长模式表现为层状生长模式,外延层与衬底的界面清晰,晶体内部无明显的晶格缺陷,样品表面光滑平整,晶型唯一。2、研究了源气体流量比例和生长温度对SiCGe薄膜的影响,优化了SiCGe薄膜的生长工艺。在生长温度为1250℃、反应源气体流量为H2:SiH4:C3H8:GeH4=1000:10:4:2 SCCM的情况下得到了二维层状生长的高质量的SiCGe薄膜。3、对SiCGe薄膜进行了光透过测试,计算了三元合金的禁带宽度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 SiCGe薄膜概述
• 1.1.1 SiCGe三元合金薄膜的生长方法
• 1.1.2 Si上SiCGe外延薄膜
• 1.1.3 SiC上SiCGe外延薄膜
• 1.2 3C-SiC薄膜概述
• 1.3 本论文的研究目的和内容
• 2 设备、工艺及生长机理分析
• 2.1 热壁CVD生长设备
• 2.1.1 供气系统
• 2.1.2 反应室及加热装置
• 2.1.3 真空机组及真空检测系统
• 2.1.4 水循环系统
• 2.1.5 温度控制系统
• 2.1.6 尾气处理系统
• 2.2 SiC衬底上3C-SiC及SiCGe薄膜的生长工艺
• 2.3 薄膜的生长的物理过程研究
• 2.3.1 薄膜表面形核与生长
• 2.3.2 异质外延薄膜生长三种模式
• 2.3.3 SiCGe薄膜生长的基本物化过程
• 3 3C-SiC薄膜生长与工艺条件优化
• 3.1 缓冲层对SiCGe质量的影响
• 3.1.1 3C-SiC缓冲层概述
• 3.1.2 3C-SiC缓冲层对SiCGe薄膜质量的影响
• 3.2 3C-SiC薄膜质量与生长温度的关系
• 3.3 3C-SiC薄膜质量与源气体流量的关系
• 3.4 优化工艺条件后的3C-SiC薄膜
• 3.4.1 3C-SiC薄膜的表面形貌分析
• 3.4.2 3C-SiC薄膜的剖面形貌和晶体结构分析
• 3.4.3 3C-SiC薄膜的XPS分析
• 3.5 小结
• 4 SiCGe薄膜生长及分析
• 4.1 生长温度对SiCGe薄膜的影响
• 4.1.1 不同温度下样品的SEM测试
• 4.1.2 不同温度下样品的TEM测试
• 4.2 源气体流量对SiCGe薄膜的影响
• 4.3 优化工艺后的SiCGe薄膜
• 4.3.1 SiCGe的表面形貌
• 4.3.2 SiCGe的组份分析
• 4.4 SiCGe的光吸收特性和光能隙
• 4.4.1 薄膜光能隙测试原理简介
• 4.4.2 薄膜光能隙测试结果
• 4.5 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间科研业绩