SiC作为第三代宽带隙半导体材料,因其优异的性能受到世人关注,例如:宽的禁带宽度、高的迁移率、优异的热稳定和化学稳定性,在大功率、耐高温、耐辐射及蓝光器件等领域中有广泛应用的前景。由于Si衬底上异质外延SiC的优越性,人们尝试着利用不同的技术进行SiC薄膜的生长 。在国内我们首次利用SSMBE 技术成功地在Si表面异质外延生长出了3C-SiC单晶薄膜,并且研究了碳化温度和衬底温度对碳化硅薄膜结晶质量的影响。SiC和Si之间大的晶格失配(20%) 和热失配(8%) 使得所生长的薄膜存在着大的应力和孔洞。孔洞作为一种大的宏观缺陷,严重影响器件电学、光学性质,因而避免孔洞的形成是硅衬底上异质外延生长碳化硅的技术关键。通过优化Si/C比可以在一定程度上减少孔洞的形成。近几年,人们尝试在生长SiC薄膜前预沉积Ge,以此来缓解薄膜中的应力和减少孔洞的形成,进而提高薄膜的质量。本文利用SSMBE技术研究了不同衬底温度下预沉积Ge对生长的薄膜质量的影响,得到了一些比较有意义的结果。

1、实验

　　碳化硅样品是在自制的SSMBE设备上生长的。硅和碳源由电子束蒸发器提供,生长室和预处理室本底真空可达到6.0 ×10^{- 8}Pa ,样品温度可达到1300℃。蒸发速率和薄膜厚度通过石英晶振膜厚监测仪原位测量并经过台阶仪校准,膜厚监测仪型号为MAXTEK公司的TM2350。

　　n型的Si(111) 衬底放到前,完成了正确的除理: (1) 采用分析一下纯的四氯化碳、甲苯、甲醇、去阳铝正离子水高周波洗以清除油垢; (2) 用烧开，然的浓硫酸钠和双氧水融合液泡发后连在一起去阳铝正离子水消毒,清除残存的黑色金属和有机化学物; (3) 4 %的氢空气氧化钠液体泡发以刻蚀掉外观的空气氧化层; (4) 去阳铝正离子水消毒无数次连在一起高纯惰性气体吹头,速度快放到到真空箱室。 　　供试品的制取步如下所述: (1) 在生张氢氟酸处理硅以前,衬底在300 ℃下热处理1h洗去离心分离的水水蒸汽和沒有气物; (2) 衬底溫度增高至630 ℃,生张硅的储存层;(3) 在各种的衬底溫度(300、500、700 ℃) 因素下,预形成形成基性岩0.2nm 的Ge层; (4) 衬底溫度调至720 ℃蒸C ,采取氢氟酸处理; (5) 衬底溫度增高至900 ℃生张SiCpe膜,板材厚度为50nm 的样子。未形成形成基性岩Ge 供试品的制取步与形成形成基性岩Ge 供试品步的(1) , (2) , (4) , (5) 同样。供试品在生张具体步骤中使用原位的RHEED监测方案。 　　繁殖后充分利用傅里叶调换红外光谱图仪(FTIR) 、AFM、XRD等科技手段做定量分析。AFM通过敲一敲模式英文,设施为Digi-tal instruments Nanoscope 子集团公司的Dimension TM3100。FTIR通过用国外Nicolet Instrument 子集团公司的形号为MAGNA-IR 750 的红外傅里叶调换光谱图仪仪。XRD 测式是在X 衍射与散射实验设计网站顺利完成的,X放射线的光的波长为0.14nm。

2、结果和讨论

2.1、RHEED 结果

　　图1 拿出未累积Ge 的样件A 和差异衬底工作环境温湿度下累积Ge的样件(b) 、(c) 、(d) 的RHEED图. 在图1(a) 中,会得到在SiC 的亮花纹跟部有细小的点点,她是随着衬底Si 水分子确认施工缝向SiCpe膜和珍珠棉外粘附并在表面上出现必定的Si 水分子排列三还是Si 的团簇会造成。从(b) 、(c) 、(d) 图里,并如果无得到Si 的点,这介绍在差异衬底工作环境温湿度下累积的Ge 都调节了Si的粘附和施工缝的出现。较两个样件的SiC 的衍射花纹,会得出(b) 、(c) 、(d) 图的SiC 的花纹要显著的好于图1(a)的花纹,这介绍预累积Ge 后,改善了pe膜和珍珠棉的高质量。观察植物差异工作环境温湿度下预累积Ge的样件,并如果无找到RHEED图有显著的的差异。

 

图1 　未积聚Ge和不同的衬底温预积聚Ge样本的RHEED图

2.2、AFM结果

　　为探究差异的衬底室内热度因素预堆积Ge 对塑料膜形貌的影晌,对印刷品做好了AFM的测试测试。图2 如下了未堆积Ge的印刷品(a) 和差异的室内热度因素(300、500、700 ℃) 预堆积Ge 的印刷品( (b) 、(c) 、(d)) 下的立体AFM图。表1如下了印刷品的干燥度数量。从图2(a) 中能够 看清未堆积Ge的印刷品表皮有非常显眼的角形形的孔眼,这主要是是因衬底Si原子团的外外蔓延引致。与图2(a)图做好比效,从图2 ((b)、(c)、(d)) 中能够 看清在差异的室内热度因素下堆积Ge后的印刷品的表皮都并没有非常显眼的孔眼都存在,这讲解Ge 的预堆积遏制了衬底Si 的外蔓延,减轻了孔眼的建立。比效图2(a)、(b)、(c)、(d)图,能够 看清(b)、(c)、(d)图的表皮要非常显眼好于(a)图,从表1中也能够 看清未预堆积Ge 的印刷品的干燥度为10.121nm ,远欧亚于差异的室内热度因素下堆积Ge 的印刷品的干燥度,这讲解在差异的室内热度因素下堆积Ge后的印刷品塑料膜质都比未堆积的印刷品很关键。这与前排的RHEED 最终最终结果是致的。比效图2 (b) 、(c) 、(d)图,能够 感觉伴随预堆积室内热度因素的提升,塑料膜的表皮渐渐更加平展,干燥度变小。最后,还感觉伴随预堆积室内热度因素的提升,顆粒的图片尺寸在长大。这样最终最终结果都讲解了堆积Ge的塑料膜质很关键于未堆积Ge 的,又很伴随预堆积室内热度因素的提升,塑料膜的质在变好。

 

图2 　未累积Ge和有所差异温度表累积Ge的样机的AFM图