多晶硅膜晶料取向控制及SiC衬底上Si多层结构的制备

摘要

为使SiC器件也能避免电磁干扰，拓展SiC材料在光电子器件领域的应用，开发可见光和近红外光光控SiC器件具有重要意义。本文利用低压化学气相淀积(LPCVD)系统，在n型6H-SiC衬底上沉积多晶硅薄膜，采用白光干涉仪、XRD、SEM、TEM等现代分析测试技术对不同工艺条件下制备的Si薄膜特性进行表征。测试了Si薄膜的厚度并计算了薄膜的生长速率，观察了薄膜的结晶方向和内部缺陷等。在SiC衬底上采用了p/n型交替掺杂的Si多层结构，通过计算机模拟对结构参数进行了优化。利用低压化学气相淀积(LPCVD)系统在n型6H-SiC衬底上制备了p/n型交替掺杂的多层结构，研究了p层不同掺杂浓度对6H-SiC衬底上p/n型交替掺杂Si多层结构光电特性的影响。得出了以下主要结论：
　　 1.采用LPCVD法在900℃的温度下，分别在不同的反应压力及SiH4流量下在n型6H-SiC(0001)衬底的Si面沉积了多晶硅薄膜。
　　 2.利用白光干涉仪对不同生长条件下在SiC衬底上制备的Si薄膜进行了厚度测试，研究了不同反应压力及SiH4流量对生长速率的影响：随着反应压力的增大，薄膜的生长速率逐渐变大，二者近似成线性关系；随着SiH4流量增加，薄膜的生长速率先增加，后逐渐趋于放缓并保持稳定。
　　 3.XRD测试表明，反应压力及SiH4流量的变化都会对SiC衬底上多晶硅薄膜的晶粒取向造成影响：随着反应压力的增大，多晶硅薄膜的晶粒取向由Si<110>转变为Si<111>；随着SiH4流量的增加，多晶硅薄膜的晶粒取向由Si<111>转变为Si<110>。
　　 4.对Si/SiC界面的分子动力学研究发现在SiC-Si面上生长Si薄膜时，很难通过工艺控制实现单一取向生长，这主要可能与Si面极易形成再构有关。
　　 5.提出了在SiC衬底上采用p/n型交替掺杂Si多层结构。计算机模拟结果表明，入射光功率为0.1W/cm2，p层和n层的厚度分别约为30nm、40nm，掺杂浓度分别约为1016cm-3、1015cm-3时，光电流密度最大，约为17.2mA/cm2。
　　 6.利用LPCVD系统在n型6H-SiC(0001)衬底上制备了p/n型交替改变的Si多层结构。Ⅰ-Ⅴ特性测试表明该结构具有较好的整流特性，在可见光照射下，有明显的光电输出。随着反应混气中B、Si原子比的增加，光电流密度逐渐降低，实验制备样品的测试结果与模拟的结果较为符合。