籽晶表面的机械抛光对6H-SiC生长晶体中位错的影响(3)

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几十年来，尽管 SiC 的优越性能渐为人们所知晓，然而使实用的 SiC 半导体器件和电路的大批量生产成为可能，却是一场大规模的、现实的革命。为了满足日益增强的能在极端条件下使用的半导体器件和电路的商业要求，近十年来在大直径高质量的体单晶和外延薄膜上投巨资做了很多努力，取得了突破性进展。因此，SiC 具有的优良特性和诱人的应用前景及巨大的市场潜力，必将引来激烈的竞争。可以预料，它既是科学家争先占领的高技术领域的制高点，又是能带来巨大商业利润的战场。目前 SiC 研究领域尽管取得了可喜的成绩，展现出美好的应用前景，但在 SiC 充分发展其潜力之前仍有一些重大技术难点有待克服。其中最重要的是继续改善晶体生长工艺，降低成本，提高材料质量，减少缺陷密度和改善上层掺杂及获得厚度可控的大面积晶片[7]。

1.1 SiC晶体材料简介

1.1.1 SiC晶体的结构

SiC是一种Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体材料，SiC结构中最基本的结构单元就是Si-C原子以共价键结合而成的正四面体，属于密堆积结构。碳原子位于正四面体的中心，每个碳原子周围有四个Si原子，反之亦然，相邻的两个正四面体共用顶角上的一个原子。C-Si原子层的堆垛顺序的不同使得SiC晶体结构具有同质多型的特点，即在化学计量成分相同情况下具有不同的晶体结构。目前已被证实的多型体已超过200种[7]。密堆积有3种不同的位置，记为A，B，C。依赖于堆积顺序，SiC键表现出立方闪锌矿或六方纤锌矿结构。如堆积顺序为ABCABC…，则得到立方闪锌矿结构，记作 3C-SiC或者 -SiC。若堆积顺序为AB′AB…，则得到纯六方结构，记为2H-SiC，其它多型体为以上两种堆积方式的混合。两种最常见的六方晶型是4H和6H[7]。其原子排列方式如图1.1所示。晶种的晶型及生长方向的选择决定着所生长碳化硅单晶的晶型，大都采用沿C轴方向生长，生长面为Si面（0001），温度较高时，生长出的晶体为6H-SiC；生长面为C面（000 ），温度较低时，生长出的晶体为4H-SiC。沿[1 00]和[11 0]方向生长，则生长晶体的晶型与晶种晶型一致[8]。SiC的250多种不同的晶型已经被报道出来，并且SiC的许多物理和电子特性则侧重取决于其晶体的多型（如宽带能）。

图1.1 常见的典型结构3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC的原子排列方式

1.1.2 SiC晶体的特性

SiC是一种耐高温的材料，这是因为SiC单晶是一种宽带隙的半导体材料，比如常温下6H-SiC单晶的带隙为3.023eV[8]，也就是它的价带和导带问的带隙比硅的带隙大得多，这一特点决定了热激发电子很难越过带隙到达导带，因此以SiC为材料的器件可以经受高温，在500℃时仍然能够正常工作[9]。

SiC单晶的导热系数很大，它可以把器件产生的热量高效地释放出去。更奇特的是在室温条件下，它的导热系数比任何会属都高[10]。SiC晶体将成为制作高功率器件的一种关键材料，它能及时地将器件产生的热量传递出去，因而不易于出现故障。文献综述

SiC抗电压击穿能力强。击穿电场对于二极管来说是一个特别重要的参数，二极管只允许电流沿一个方向传输，击穿电场就是使电流沿着相反方向传输所需要的电压。我们会尽量避免二极管被击穿，碳化硅的击穿电压是硅的8倍[11]。这就使得碳化硅比硅更适合制造岛电压的器件，在极端的条件下也不易被击穿。

SiC饱和电子漂移速率高。SiC这个特性对器件工艺同样是重要的，它可以应用于高频的电子器件。这是因为在通常情况下，电流中电子的能量增加并不明显，电子的漂移速度随着电场能量的增加也线性地增加。在饱和电子漂移速率下，给予电子的能量更多地被声学声子和杂质耗费掉，耗费掉的能量由高能的光学声予提供。这种情况下能量的消耗是很大的，一旦电子的漂移速度达到饱和，它就很难再提高。因此以SiC为材料可以制造体积更小效率更高的器件。