PVT法生长SiC晶体中层错缺陷研究(2)
近年来，SiC材料制备及加工技术取得了迅速的发展。已研制成功了直径50mm的单晶抛光片，不同衬底的单晶薄膜外延技术也已突破，SiC材料的控制掺杂、金属化、图形刻蚀、氧化等技术也逐步成熟。采用SiC材料已实现了可在500℃以上工作的高温半导体器件、商业化的蓝光发光器件、汽车和飞机发动机监控用的紫外光敏器件等，SiC高频和微波器件、抗核加固器件的研究正受到广泛的重视。这些都对SiC材料技术及产业的开发提出了迫切的要求。
1.1 碳化硅的晶体结构与特性
SiC是一种Ⅳ－Ⅳ族化合物半导体材料，具有多种同素异构类型[1]。其典型结构可分为两类：一类是闪锌矿结构的立方SiC晶型，称为3C或β－SiC，这里3指的是周期性次序中面的数目；另一类是吹冰角型或菱形结构的大周期结构，其中典型的有6H、4H、15R等，统称为α－SiC。表1给出了SiC材料的主要特性数据。从中可以看出，SiC材料具有优异的电学特性和热学特性[2]。与Si相比，SiC材料具有更大的Eg、Ec、Vsat、λ。大的Eg使其可以工作于650℃以上的高温环境，并具有极好的抗辐射性能；特有的能带结构和禁带宽度使之可制作短波长发光器件和光电集成器件；大的Ec、Vsat、λ和ε使之适于制作大功率、高频和微波器件[3]。
在SiC器件及电路方面，从20世纪80年代以来取得了很大的突破．Purdue大学的宽禁带半导体研究小组(WBG)在SiC材料、工艺以及电路方面都取得了一系列引人注目的成果，如SiC非易失RAM，单片数字集成电路，电荷耦合器件(CCD)，平面双注入功率晶体管(DMOS)，P阱互补型金属氧化物半导体(CMOS)数字集成电路，横向双注入功率晶体管(LDMOS)等．WBG目前在SiO2/SiC界面的研究方面取得了一系列研究成果．笔者对SiC材料外延技术及集成电路单项工艺进行了一些探讨，介绍了由Purdue大学WBG开发的5 V电源供电的数字集成电路及其工艺技术．
1.2 碳化硅的基本性能
1.2.1 化学性质
抗氧化性：当SiC材料在空气中加热到1300℃时，在其SiC晶体表面开始生成二氧化硅保护层。随着保护层的加厚，阻止了内部SiC继续被氧化，这使SiC有较好的抗氧化性。当温度达到1900K(1627℃)以上时，二氧化硅保护膜开始被破坏，SiC氧化作用加剧，所以1900K是SiC在含氧化剂气氛下的最高工作温度[4]。
耐酸碱性：在耐酸、碱及氧化物的作用方面，由于二氧化硅保护膜的作用，SiC的抗酸能力很强，抗碱性稍差。
1.2.2 物理机械性质
密度：各种SiC晶形的颗粒密度十分接近，一般认为是3.20g/mm[5]，其SiC磨料的自然堆积密度在1.2-1.6g/mm3之间，其高低取决于粒度号、粒度组成和颗粒形状。
硬度：SiC的莫氏硬度为9.2，威氏显微密硬度为3000-3300kg/mm2，努普硬度为2670-2815kg/mm，在磨料中高于刚玉而仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼。
导热率：SiC制品的导热率很高，热膨胀系数较小，抗热震性很高，是优质的耐火材料。
1.2.3 电学性质
常温下工业SiC是一种半导体，属杂质导电性。高纯度SiC随着温度的升高电阻率下降，含杂质SiC根据其含杂质不同，导电性能也不同。SiC的另一电性质是电致发光性，现已研制出实用器件。
1.2.4 其他性质
亲水性好，远红外辐射性等。
1.3 碳化硅晶体制备方法
1.3.1 Lely法
采用升华再结晶工艺。讲一个内置多晶SiC粉末的多孔石墨管，用感应加热法加热到2500oC,升华出SiC，并在石墨腔体内部稍冷的位置凝聚，生成吹冰角形状、大小和洁净类型不定的单晶板块。该方法可形成直径很小（≤8mm）,但杂志含量较高。
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