碳化硅多型异质结及性能研究

本项目开展碳化硅多型异质结制备、物理特性和电学特性测试研究。首先从理论上研究碳化硅多型异质结生长机理及生长动力学研究，分析生长碳化硅异质外延薄膜的机理和工艺条件，得出异质外延碳化硅的工艺技术和工艺条件。然后进行碳化硅异质外延薄膜生长技术的研究，对温度分布、气体流量和衬底的截止面等外延主要工艺参数进行优化设计，制备出单晶碳化硅多型异质外延。在此基础上，对碳化硅多型异质结电学特性表征和测试，结合理论分析，得出影响电学特性的关键因素，优化工艺，得到高二维电子气密度和迁移率的碳化硅多型异质结。

本项目提出在4H-SiC衬底上外延3C-SiC，形成新型的异质结新结构，期望在新的异质结结构上制备新型的高电子迁移率器件，结合SiC材料其本身的特性，可在高温，高功率微波器件方面的应用提出一条新选择。开展这一新型异质结的理论和实验研究，并对其界面和缺陷进行研究，对于生长出大面积，高质量的3C/4H-SiC异质结，并进行新型SiC高电子迁移率晶体管的研究具有重要的意义。.基于对3C/4H-SiC异质结的生长分析，对4H-SiC衬底的表面刻蚀形貌进行了研究，通过不同时间，不同功率和不同刻蚀气体的分析，得到了4H-SiC衬底在线刻蚀的速率和形貌的规律，为3C/4H-SiC异质结的生长奠定了基础。通过实验，对异质外延3C-SiC的成核温度进行了研究。发现高温（1600℃）条件下，外延主要以台阶流为主，3C晶形很难成核；1550℃温度下外延，3C成核率慢慢加大。在此温度下外延10分钟的实验，整片样片未出现缺陷；在1500℃外延1小时，样片出现大量的缺陷，说明此温度下成核率急剧增高。此温度可以作为后期3C碳化硅三维网状生长的试验温度。.通过工艺优化，成功的生长出了3C/4H-SiC异质外延，并通过XRD摇摆曲线和拉曼光谱对外延的晶型和质量进行了表征，确定外延薄膜为3C-SiC单晶。通过表面观测和分析，对影响外延薄膜大小和质量的缺陷进行了分析。对缺陷的形成原理进行了理论分析，并与工艺参数进行了对比，得到了影响缺陷密度的主要工艺参数，并进行了优化，得到了大面积，高质量的3C-SiC外延薄膜。.对不同C面和Si面的4H-SiC异质外延进行了研究，发现Si面外延3C碳化硅结晶度较高， C面外延3C碳化硅结晶度较低。然而由于极化在六方晶系碳化硅晶体的存在，Si面外延3C碳化硅会形成二维空穴气，C面外延3C碳化硅会形成二维电子气。但C面的SiC衬底表面硬度低，表面粗糙度比较高，需特殊定制，周期较长。在C面制备高质量的3C碳化硅薄膜是我们以后的主要工作方向。