【摘 要】
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第三代宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)具有击穿电场高、电子饱和迁移率高、热导率高、耐腐蚀等优良的物理化学特性,非常适合于制作高温、高频、大功率器件,在航空航天、电动汽车、智能电网、太阳能与风力发电等领域具有广泛的应用前景[1,2].为了推广SiC器件在高压大功率领域的应用,4H-SiC功率器件反向阻断电压必须超过10kV,这就要求其外延层厚度达到约100 μm.因此,提高4H-SiC的外延生长速率
【机 构】
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中科院半导体研究所,北京 100083 中科院半导体研究所,北京 100083;天域半导体科技有限
【出 处】
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第一届全国宽禁带半导体学术及应用技术会议
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第三代宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)具有击穿电场高、电子饱和迁移率高、热导率高、耐腐蚀等优良的物理化学特性,非常适合于制作高温、高频、大功率器件,在航空航天、电动汽车、智能电网、太阳能与风力发电等领域具有广泛的应用前景[1,2].为了推广SiC器件在高压大功率领域的应用,4H-SiC功率器件反向阻断电压必须超过10kV,这就要求其外延层厚度达到约100 μm.因此,提高4H-SiC的外延生长速率就显得尤为重要.我们课题组运用自主搭建的射频感应加热的垂直热壁CVD反应系统,利用氯基法在4°偏角的4H-SiC衬底上进行了同质快速外延.所使用的气体体系为HCl+SiH4+C2H4+H2.我们研究了Si/H2和生长室压强对外延层生长速率的影响.研究发现,外延层生长速率随着Si/H2的增加呈现线性增大的趋势.同时,我们也研究了氯基在整个反应过程中的影响,由于HCl的添加,减少了外延层中硅团簇的形成,促进了生长速率的提高和外延层晶体质量的改善[3].随着生长室压强由40 Torr增加到100 Torr,生长速率先增加到52μm/h,然后又减小到47μm/h,这是由于H2和HCl的刻蚀作用与高生长压强下硅原子成核共同作用的结果.原子力显微镜测试结果显示,即使是生长速率增加到49μm/h,外延层的表面粗糙度依然维持在1 nm左右,外延层表面形貌并没有随着生长速率的提高而恶化.随着外延层厚度由24.5μm增加到96.7μm,Raman光谱中所有峰都是4H-SiC的特征峰,说明随着外延层厚度的提高,依然可以得到高质量的4H-SiC外延层.扫瞄隧道显微镜观察外延片界面没有发现结晶或者晶界,表明所生长的4H-SiC为单晶.这些结果说明,氯基快速外延是生长4H-SiC厚外延层的一个有效方法.
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