PVT法生长SiC晶体中层错缺陷研究(3)
1.3.2 PVT法
由Tairov、Tsvetko等人在Lely法的基础上进行改进形成了PVT法[6]，可用来生长尺寸较大的、单一晶体结构的单晶。PVT法生长单晶过程中洁净过程主要受气相饱和度控制，生长速度则与饱和度成正比。SiC源被加热到2000 oc以上，籽晶与源之间形成一定的温度梯度，使Si、C原子通过气相输运在籽晶上生成单晶。图1为PVT晶体生长室示意图。
图1 PVT晶体生长腔示意图
1.3.3 SiC外延法
SiC外延法主要包括 ：激光烧结法、液相外延法（LPE）、化学气相淀积（CVD）和分子束外延法（MBE）等。现在SiC外延主要使用后面三种：
1、LPE法生长SiC一般在1650一1800 oC在Ar气环境中进行，生长速率约为2-7um/h，在融Si中加入Al可以生长P型，加入Si3N4或Ar气中加入N2可以生长n型。4H-SiC,6H-SiC蓝光二极管材料主要用LPE法生长。
2、CVD生长主要在Si, 6H-SiC衬底上进行，6H-SiC衬底上生长的3C-SiC和6H-SiC的缺陷少，但是6H-SiC衬底的价格非常昂贵。最初在6H-SiC的（0001）面上外延表面较好的6H-SiC，温度必须高于1800oc，低于该温度就会出现孪晶后来发现在偏向 3-6oc的SiC(0001)面上生长，温度降到1200-1500 oC.1987年Kuroda等人提出来“台阶控制”生长机制[7]，当采用台阶密度高的6H-SiC的 面进行外延生长时，温度降到1100 oC，仍生长出3C-SiC单晶，在 面上也是如此，但生长速率。由于Si和SiC的晶格失配的20%。热膨胀系数失配为8%，所以Si衬底上生长的SiC有高密度的位错和其它缺陷[8]。目前采用二步法来改善外延膜的质量。即在生长SiC之前只引入C源，在Si上先生长一层SiC缓冲层厚再通入Si源进行的SiC的外延生长。CVD生长的非掺杂的6H、3C-SiC都为n型，生长速率为每小时几个微米[3]。
3、MBE生长与CVD相比可以降低生长温度，但生长速率也相应减小。MBE生长环境比较洁净，在低生长速率下可以进行原子层外延，研究生长过程中原子的吸附和生长表面的再构等。MBE分为固源生长、气源生长和原子层外延3种。固源生长单晶的质量随Si、C原子流量比和衬底温度变化。温度较低，Js/Jc比较小（-1）时形成化学配比的单晶，随着温度的升高，需要在更高的Js/Jc下生长化学配比的SiC单晶。用MBE在（0001）面、950-1150 oC时，可以得到6H-SiC，温度再低一些在800-1000 oc会生长成3C-SiC孪晶或单晶 [9]。一般用MBE法在Si衬底上生长之前，也先进行碳化。SiC原子层外延式用气源交替引入Si源与C源进行。供Si源期间Si原子吸附在C原子面上生长。供C源期间吸附的Si原子层碳化形成SiC。原子层外延的生长速率一般为每个周期2-6原子层。生长速率小于2.3原子层/周期时形成单晶，大于该生长速率则出现孪晶和层错。
1.4 碳化硅材料市场现状
微管是一种较大缺陷，看起来像体材料中的裂纹。大功率密度器件要求衬底有大的无微管面积作有源层。 而目前只能得到约20mm的这种有源区。按许多元器件制造商的观点，直径4英寸晶片能很好与现行标准加工设备兼容，因此，4英寸晶片的生产对SiC材料市场的快速增长很关键。
2003年约生产了25万片SiC晶片，市场将快速增长，估计到2007年，总产量将达60万片。目前Cree公司产量占(全球)85％的市场份额。美国的产量占94％，亚洲和欧洲分别占4％和2％。
迄今，90％95％的SiC晶片用于光电器件，即用作GaN基蓝、绿LED和紫光LD器件的衬底。以SiC为衬底的GaN基光电器件占这类器件总量的25％。
按功率大小不同，许多SiC器件既可用半导电性也可用半绝缘材料：用半导电SiC可制作整流器(包括PIN二极管，肖特基二极管)和开关(包括单极晶体管如MOSFET，JFET和双极晶体管如BJT，晶闸管)这两大类器件。用SI SiC可制作RF晶体管(如MESFET)等。首先商品化的SiC器件是肖特基二极管和MESFET RF晶体管。2002年约生产了5百万支SiC肖特基二极管。这种二极管瞄准高速、大功率密度开关(器件)市场。在相关功率系统中，使用这种二极管可以大大减少(小)系统中无源元件的数量和尺寸。技术和资金方面的“瓶颈”延缓了这类产品的商品化步伐，典型SiC肖特基二极管材料成本占40％，加之需要高度专门化的设备和工艺，元器件制造商对于大批量生产还心存疑虑。但包括电源系统，通信基站供应商，机车和汽车制造商等在内的用户又在等待着性能更好的大功率密度系统，而SiC元器件正好可满足这些要求。
上一篇：钢复合热源搅拌摩擦焊接工艺研究