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β碳化硅晶体生长技术的若干基本问题

马剑平  
【摘要】: β碳化硅是碳化硅近200种不同结晶形态中唯一的纯立方结构晶体,载流子迁移率高,电子饱和漂移速度大,更适合于制造电子器件特别是电力电子器件之用。本文探索β碳化硅晶体生长技术的若干基本问题,特别对热系统的设计和热场分布问题,以及用β-SiC薄膜在碳饱和硅熔体中进行液相外延生长的基本工艺问题等进行了研究,获得以下主要创新结果: 1.通过对碳化硅生长设备中石墨坩埚系统的径向组合传热问题的分析讨论,建立了系统热分析的理论模型,提出了绝热层设计的理论依据,解决了坩埚组件热系统的设计问题并设计制作了实际应用的石墨坩埚组件系统。 2.采用有限元分析方法对线圈匝数、电流强度、电流频率等对焦耳热产生速率的影响进行了详细的分析讨论;采用不同的热辐射分析策略,对不同坩埚形状、坩埚顶部开设不同深度的盲孔以及线圈的位置等对热场分布的影响进行了数值分析,解决了感应加热碳化硅晶体生长系统热场设计的主要问题,提出了通过绝热层与盲孔的联合设计获得所需热场设计的思路,给出了根据轴向温度梯度的波动对线圈位置实行动态调节以控制热场的理论依据。 3.对利用硅衬底上的β-SiC薄膜从碳饱和硅熔体中外延生长β-SiC晶体的创新方法进行了工艺探索,介绍了基本工艺参数的获取过程和几个关键工艺问题的解决方法,特别是提出了通过工艺条件的调控来有效抑制6H-SiC等α型同质异构体在β-SiC生长过程中成核生长的工艺方案。 4.对实验样品进行了初步的结构特征分析和特性分析,在样品的Raman测试谱中发现了二级Raman散射的证据;利用硅衬底上的β-SiC薄膜从碳饱和硅熔体中外延生长出这β-SiC晶体。


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