收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

6H-SiC的辐照效应研究

钟志亲  
【摘要】: 本文用低温光致发光谱(PL)和深能级瞬态谱(DLTS)技术对中子和不同能量电子辐照后6H-SiC外延层的辐照诱生缺陷进行了研究,研究了不同辐照能量下辐照诱生缺陷的产生以及它们的退火行为,分析了它们在退火过程中的迁移、解体和重新组合等演变过程。并且还讨论了它们对载流子输运的影响。 SiC作为第三代半导体材料,以其优异的物理特性,在高频、大功率、耐高温、及抗辐照电子器件上具有广泛的应用前景,被寄希望在军事、航空航天等辐射环境下工作,而且能够用于制作光电探测器,这些是传统的半导体材料所不能比拟的。常温下,杂质在SiC材料的扩散系数很低,因此采用离子注入的方式进行掺杂,而且离子注入是唯一可以实现选择性掺杂的工艺,离子注入工艺后,常需要高温热退火激活掺入的杂质,在此工艺中无可避免地会引入一些缺陷,而且有些缺陷的热稳定性相当高;另外,在SiC其它高温热处理工艺中以及SiC高温器件在辐射环境下工作时也有可能产生二次缺陷。可以通过电子束来模拟6H-SiC的γ射线辐照效应,而且电子辐照可以产生一些简单的缺陷,比如单空位、双空位、空位与杂质的复合体等等,通过研究电子辐照产生的缺陷可以发现一些辐照缺陷的产生和分解的机制,这些研究对于制造高性能的抗辐照SiC器件是非常有用的。本文通过对6H-SiC材料外延层中不同电子能量(0.3MeV、0.4MeV、0.5MeV、1.7MeV)的电子辐照和中子辐照后诱生缺陷的研究,主要解决了以下问题: 一、光致发光研究: 1、在过去己报道的研究中,离子注入和电子辐照的PL研究都是在样品经过高温(通常是1000℃以上)后进行的,观测到的只有D_1中心,并且认为它是一次缺陷,但是由于没有对它的产生行为进行深入研究,它可能存在初级缺陷。SiC器件在辐照环境下工作时,辐照诱生的初级缺陷会对器件的电学性质产生影响,可能影响器件的正常工作。因此,本论文重点研究了中子和电子辐照后的“低温”退火特性,研究D_1中心的初级缺陷。 我们在经中子、0.5MeV和1.7MeV电子辐照后未退火的n型6H-SiC样品中观察到3条新的尖锐谱线,分别位于478.6/483.3/486.1nm处,未辐照的样品在相同的波段没有观测到任何信号,说明它们是辐照诱生点缺陷,是初级缺陷。对观测到的谱线进行退火研究,发现它们经350℃退火后变得很微弱,经500℃退火后完全消失。 2、进一步升高温度退火(≥700℃)后出现著名的D_1中心,D_1中心(L_1/L_2/L_3)位于472.4/476.9/482.5nm处。本实验证明了D_1中心是在退火的过程中出现的,为二次缺陷,在700℃-1100℃的退火研究中,随着退火温度的升高,其发光强度增加,并且它能够经受1600℃的高温退火。D_1中心在离子注入后高温退火的SiC样品中都能观测到,作为深能级中心,对所制器件的电学性质产生影响。从D_1中心的初级缺陷到D_1中心的形成过程中,可能存在复杂的过渡态,因此对D_1中心的产生和退火行为的研究存在潜在的工艺价值,有可能设计离子注入工艺的高温退火工艺参数,尽可能减少D_1中心的产生。 3、在已报道的研究中,D_1中心在深能级瞬态谱(DLTS)实验中观察到的深能级E_1/E_2被认为源于相同的缺陷体,本实验通过对D_1中心产生行为的研究,发现D_1中心的产生行为与E_1/E_2的产生行为不同,从实验上说明它们是源于不同的缺陷体。D_1中心为二次缺陷,而E_1/E_2为辐照诱生的初级缺陷。而且D_1中心的初级缺陷和E_1/E_2具有明显不同的退火行为,因此也不是源于相同的缺陷。说明采用光致发光和深能级瞬态谱研究的结果没有一一对应的关系。 二、深能级瞬态谱研究: 1、在我们前期工作,对p型6H-SiC辐照诱生缺陷的深能级瞬态谱研究中,在高能电子辐照后的p型6H-SiC观测到两个深能级H1和H2,但是还没能详细地给出它们的结构信息。本论文用深能级瞬态谱(DLTS)技术对0.3MeV~1.7MeV不同能量电子辐照后的p型6H—SiC诱生缺陷进行了研究,观察到了辐照诱生缺陷的产生。电子辐照的能量为0.3MeV时,深能级信号H1出现;而当电子辐照的能量Ee≥0.4MeV时,深能级信号H2也被检测到。它们具有较低的退火行为,分别在500℃和250℃被退火掉。根据移动SiC晶格中C和Si两种原子所需的能量,移动SiC晶格中碳原子所需辐照的电子能量为230keY,而移动硅原子所需的最低电子能量为400keY,分析它们的退火行为,并且结合电子辐照后p型6H-SiC中的碳空位V_c在电子顺磁共振(EPR)和正电子寿命谱(PAS)等的研究结果,本实验认为H1和H2源于不同结构的碳空位缺陷。 2、对不同能量电子辐照后的p型6H—SiC样品做了350℃-1600℃进一步高温退火,观察到二次缺陷的产生。研究发现对于低能电子辐照(0.4MeV,0.5MeV)样品,500℃退火产生的二次缺陷G在900℃被退火掉,而700℃退火产生的二次缺陷I和K在1400℃被退掉,1400℃退火还能产生新的二次缺陷M,不同于n型6H-SiC辐照诱生缺陷的退火行为;而高能量电子辐照样品(1.7MeV)分别在700℃和900℃退火后观测到两个不同的深能级二次缺陷K和C1的产生。这是第一次深入地对不同能量电子辐照后的p型SiC材料的辐照诱生缺陷进行从低温到高温的退火特性研究,其间观察到二次缺陷和三次缺陷的产生。从实验上说明了p型6H-SiC中二次缺陷的产生具有复杂性。n沟道SiC MOS器件的制造工艺中,需要采用离子注入方式进行选择性掺杂生成源漏,离子注入后,常需要高温退火激活掺入的杂质,但目前对p型SiC中注入N形成pn结的研究还很少,因此对辐照后p型SiC的退火特性研究为CMOS离子注入工艺的设计具有重要的意义。而且在p型SiC材料中,杂质在p型SiC材料引入的能级较深(Al∶E_A=0.21~0.27eV;B∶E_A=0.30~0.35eV),具有相对较低的电激活率。因此对p型SiC材料辐照诱生缺陷深入的退火研究结果为p型材料的离子注入工艺提供了重要的信息。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 田人和,张孝吉,吴瑜光,张荟星;自离子辐照对兆伏注P~+硅中二次缺陷的影响[J];物理学报;1998年06期
2 何维华;常规扩硼工艺中二次缺陷的产生和控制[J];半导体技术;1982年02期
3 谢重木;硅集成器件工艺中的二次缺陷[J];微电子技术;1997年03期
4 连世阳;二次缺陷的产生、变化及其消除[J];厦门大学学报(自然科学版);1979年04期
5 罗志华,虞君耐,冯骏,薛汉臣,蔡熔;对锗单晶二次缺陷的初步探讨[J];稀有金属;1984年03期
6 ;硅晶片热处理前后曲率变化位错增殖情况的观测和热处理过程中产生二次缺陷的若干机制的初步分析[J];半导体技术;1978年04期
7 朱炳春;化学抛光新工艺——以腐蚀代替磨片抑制二次缺陷[J];半导体技术;1979年06期
8 赵清太,王忠烈;MeV Si离子注入对BF_2注入Si样品特性的影响[J];半导体学报;1996年09期
9 黄笑容,杨德仁,沈益军,王飞尧,马向阳,李立本,阙端麟;重掺杂直拉硅单晶氧沉淀及其诱生二次缺陷[J];半导体学报;2004年06期
10 范缇文,张敬平,P.L.F.Hemment;锗离子注入硅单晶的非晶化及二次缺陷的研究[J];半导体学报;1993年12期
11 张一心,程美乔,张泽华,刘淑琴;高氧高碳硅单晶中的氧碳沉淀及其形成的二次缺陷[J];半导体学报;1984年01期
12 田人和,卢武星,李竹怀,高愈尊;InSb中离子注入二次缺陷研究[J];物理学报;1992年05期
13 吴瑜光,张通和,孙贵如;高能磷离子注入硅晶格的损伤初探[J];核技术;1995年09期
14 卢武星,钱亚宏,田人和,王忠烈;MeV高能B~+离子注入Si中二次缺陷的抑制与消除[J];物理学报;1990年02期
15 卢武星,吴瑜光;MeV高能离子注入Si的研究[J];原子核物理评论;1997年03期
16 初桂珍;吸除二次缺陷改善器件参数[J];微电子学;1980年04期
17 封松林,周洁,卢励吾;超晶格电子辐照缺陷的亚稳态特性[J];红外与毫米波学报;1994年03期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 吴春玲;李不凡;石会刚;章新政;;冷冻制样机理研究及优化[A];第七届全国冷冻电子显微学与结构生物学专题研讨会论文集[C];2021年
2 邵云东;王柱;苏本法;;电子辐照在研究半导体材料微结构中的应用[A];第九届全国正电子谱学会议论文集[C];2005年
3 王强;单晓晔;卞鑫;王璐;王鑫艳;;石墨烯在SiC衬底上的界面性质和相互作用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十分会:纳米体系理论与模拟[C];2016年
4 王荣;白少先;;激光加工SiC表面润湿特性实验研究[A];第十届全国表面工程大会暨第六届全国青年表面工程论坛论文集(二)[C];2014年
5 韩苗苗;王庆宇;李桃生;李忠宇;;4H-SiC辐照损伤的分子动力学研究[A];中国核科学技术进展报告(第三卷)——中国核学会2013年学术年会论文集第4册(核材料分卷、同位素分离分卷、核化学与放射化学分卷)[C];2013年
6 张义顺;马小娥;王敏丽;;无气氛保护下煤矸石合成SiC的研究[A];中国硅酸盐学会水泥分会首届学术年会论文集[C];2009年
7 高雅博;高腾;刘泽宇;赵瑞奇;张艳锋;刘忠范;;芳香族有机分子在6H-SiC(0001)表面外延石墨烯上的非共价化学修饰[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
8 冯祖德;张冰洁;姚荣迁;赵浩然;;连续SiC纤维在模拟航空发动机环境中性能演变与失效研究[A];2009年全国失效分析学术会议论文集[C];2009年
9 王启强;邵水源;吴涛;;SiC/不饱和树脂摩阻材料的制备和性能研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
10 杨林;刘兵;邵友林;梁彤祥;唐春和;;凸台形包覆燃料颗粒SiC层破损率的理论计算及分析[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第4册)[C];2009年
11 冯春祥;范小林;宋永才;;耐高温多晶SiC纤维的研制——(Ⅰ)聚碳硅烷纤维的氨化过程及其机理研究[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
12 汤洪高;;宽带隙半导体材料SiC研究进展及其应用[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
13 姚英学;李德溥;冷金凤;袁哲俊;;SiC颗粒增强铝基复合材料铣磨加工特性的研究[A];2005年惯性器件材料与工艺学术研讨暨技术交流会论文摘要集[C];2005年
14 高雅博;张艳锋;任俊;李灯华;高腾;孟胜;杨延莲;王琛;刘忠范;;表面势差调制的肽氰分子在6H-SiC(0001)表面外延少层石墨烯上的逐层吸附[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
15 董吉洪;李延春;王海萍;;空间遥感器中大口径SiC主镜的轻量化设计与优化[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
16 许晓静;蔡兰;戴峰泽;;SiC晶须增强铝基复合材料超塑性的研究[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
17 茹红强;于佩志;左涛;;莫来石/SiC薄型棚板材料的研究[A];第十一届全国高技术陶瓷学术年会论文集[C];2000年
18 熊新红;费凡;蔡建康;章桥新;;时效处理和添加SiC对镁合金组织及性能影响[A];以创新驱动为引领,加快“中国制造2025”战略实施研讨会暨2016年第六届全国地方机械工程学会学术年会论文集[C];2016年
19 周金明;李会玲;王京霞;江雷;宋延林;;SiC光子晶体应用于光致发光增强[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
20 陈刚;陈雪兰;柏松;李哲洋;韩平;;4H-SiC外延中的缺陷及其对肖特基二极管的影响[A];第十五届全国化合物半导体材料,微波器件和光电器件学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前17条
1 钟志亲;6H-SiC的辐照效应研究[D];四川大学;2007年
2 李露;锆基陶瓷/SiC纳米线改性SiC涂层的氧化行为研究[D];西北工业大学;2018年
3 关清心;SiC & Si器件混合型高效率低成本中点钳位型三电平电路研究[D];华中科技大学;2018年
4 王慧芳;低温催化反应制备β-SiC结合SiC耐火材料及其高温性能研究[D];武汉科技大学;2018年
5 郝昕;SiC 热裂解外延石墨烯的可控制备及性能研究[D];电子科技大学;2013年
6 程萍;非故意掺杂4H-SiC本征缺陷及退火特性研究[D];西安电子科技大学;2010年
7 李笑笑;SiC基超级电容器电极材料制备及电化学性能[D];山东大学;2021年
8 王党朝;SiC基石墨烯材料制备及表征技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
9 郭辉;SiC器件欧姆接触的理论和实验研究[D];西安电子科技大学;2007年
10 王霖;SiC纳米阵列结构调控及其场发射特性研究[D];北京科技大学;2016年
11 张东升;竹炭及SiC陶瓷材料的结构及性能研究[D];中国林业科学研究院;2005年
12 柴常春;微波低噪声放大器毁伤机理研究和SiC薄膜的外延生长与刻蚀技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
13 王鹏飞;中子辐照6H-SiC的缺陷分析与应用[D];天津大学;2013年
14 李永强;高软化点聚碳硅烷的合成及低氧含量SiC纤维的制备研究[D];国防科学技术大学;2016年
15 刘立飞;SiC陶瓷非球面磨削砂轮磨损及其对面形误差影响研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
16 王守国;离子注入制备4H-SiC器件及其温度特性研究[D];西安电子科技大学;2004年
17 肖志远;SiC纤维增强钛基复合材料的拉曼光谱研究[D];西北工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王鸥;宽禁带半导体的辐照效应研究[D];四川大学;2004年
2 果朦;用于电子辐照加速器的IGBT失效机理研究[D];北京工业大学;2019年
3 何金刚;氮化镓基器件电子辐照诱生缺陷表征和分析[D];天津工业大学;2019年
4 郑雪松;电子辐照/温度综合作用下聚酰亚胺带电效应研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
5 徐涛;退火以及缓冲层对富碳SiC薄膜性能的影响[D];山东大学;2020年
6 孙子茭;4H-SiC肖特基二极管的研究[D];电子科技大学;2013年
7 黄丽;中子辐照6H-SiC的缺陷回复及其拉曼光谱研究[D];天津大学;2012年
8 陈敬;中子辐照6H-SiC晶体的电学性能及其退火研究[D];天津大学;2013年
9 董延涛;SiC双极型晶体管线性稳压器的设计[D];西安理工大学;2021年
10 胡婷婷;纳秒激光辐照4H-SiC的热效应的数值计算[D];上海师范大学;2021年
11 袁小森;原位生长SiC纳米线棉毡的制备工艺探索及其性能表征[D];南京航空航天大学;2019年
12 谢成龙;基于SiC逆变器的高速永磁同步电机驱动系统研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
13 王大鹏;HIP、SPS分别制备SiC、TiC颗粒增强铝基复合材料及其性能研究[D];山东科技大学;2018年
14 吴燕燕;SiC和BN纳米材料及其铁磁性研究[D];西北师范大学;2019年
15 张靓;SiC型交错Flyback光伏均衡器的研究[D];北方工业大学;2019年
16 严俊超;SiC单晶超精密切削仿真与实验研究[D];西安理工大学;2019年
17 马东;低浓度SiC粉体浆料的分散性和稳定性研究及其对SiC膜性能的影响[D];武汉工程大学;2018年
18 宋姝漩;基于SiC的周期结构热辐射特性研究[D];北京邮电大学;2019年
19 万伟;SiC泡沫陶瓷/球墨铸铁双连续相复合材料的耐冲蚀性能研究[D];中国科学技术大学;2019年
20 苏佳宁;空位及过渡金属掺杂对3C-SiC纳米线磁性的影响研究[D];西安理工大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 记者 过国忠;电子辐照加速器关键技术获系列突破[N];科技日报;2009年
2 记者 唐先武;国内首个高能大功率电子辐照加速器建成[N];科技日报;2007年
3 吴晶晶;我国首台高能大功率电子辐照加速器系统装置建成[N];大众科技报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978