碳化硅薄膜应用ppt课件
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碳化硅薄膜的外延生长、结构表征及石墨烯的制备
ｒａｔｉｏ（１．１：１）ａｒｅ ｗｏｒｓｅ．Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅ Ｓｉ／Ｃ ｆｌｕＸ ｍｔｉｏ ｃａｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ｔｈｅ Ｖｏｉｄｓ锄ｄ ｉｎｌｐｒｏＶｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＳｉＣ ｆｉｌｍ． ４） Ｇｅ ｐｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃａｎ ｉｍｐｒｏＶｅ ｔ１１ｅ ｍｌａｌｉｔｙ ｏｆ ＳｉＣ ｆｉｌｍ蓼ｏｗｎ ｏｎ Ｓｉ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ．Ｗｅ ｈａＶｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒＳ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｒｌｏｕｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ（沁ｐｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．
摘要
Ｘ射线①扫描显示出薄膜的六次对称衍射峰，表明生长的ＳｉＣ薄膜接近单晶水 平。
２）在优化的衬底温度下（１１００℃）生长的薄膜质量较好，在较低温度（１０００ ℃）和较高温度（１２００℃）条件下生长的薄膜质量较差。
３）同步辐射掠入射Ｘ射线衍射（ＧＩＤ）研究表明，ＳｉＣ／Ａ１２０３薄膜内受 到压应变，它来源于界面处ＳｉＣ薄膜和蓝宝石衬底热膨胀系数的失配。薄膜 远离界面后，压应变减小，单晶质量变好。ＧＩＤ和ＸＲＤ的研究表明，薄膜内 存在倾斜（ｔｉｌｔ）和扭转（ｔｗｉｓｔ）畸变，且扭转大于倾斜。
３ ６Ｈ．ＳｉＣ表面的同质外延及量子阱结构的制备
ｊ
１）预沉积Ｓｉ原子后，ＳｉＣ（０００１）表面结构随温度的改变而变化。随着温 度的升高，ＳｉＣ表面的Ｓｉ原子反蒸发，表面的Ｓｉ原子减少并先后出现３×３和 √３×√３重构。
２）利用不同重构表面的迁移系数的差异，调节Ｓｉ束流，在衬底温度１０８０ ℃下，分别在６Ｈ—ｓｉｃ（ｏ００１）的√３×√３和３×３重构面成功地上实现了３ｃ－ｓｉｃ 和６Ｈ．ＳｉＣ晶型薄膜的外延生长。
ｐｅｏｐｌｅ ｔｏ ｂｅ ｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ，ｗｅ ｒｅｐｏｒｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳｉＣ
摘要
Ｘ射线①扫描显示出薄膜的六次对称衍射峰，表明生长的ＳｉＣ薄膜接近单晶水 平。
２）在优化的衬底温度下（１１００℃）生长的薄膜质量较好，在较低温度（１０００ ℃）和较高温度（１２００℃）条件下生长的薄膜质量较差。
３）同步辐射掠入射Ｘ射线衍射（ＧＩＤ）研究表明，ＳｉＣ／Ａ１２０３薄膜内受 到压应变，它来源于界面处ＳｉＣ薄膜和蓝宝石衬底热膨胀系数的失配。薄膜 远离界面后，压应变减小，单晶质量变好。ＧＩＤ和ＸＲＤ的研究表明，薄膜内 存在倾斜（ｔｉｌｔ）和扭转（ｔｗｉｓｔ）畸变，且扭转大于倾斜。
３ ６Ｈ．ＳｉＣ表面的同质外延及量子阱结构的制备
ｊ
１）预沉积Ｓｉ原子后，ＳｉＣ（０００１）表面结构随温度的改变而变化。随着温 度的升高，ＳｉＣ表面的Ｓｉ原子反蒸发，表面的Ｓｉ原子减少并先后出现３×３和 √３×√３重构。
２）利用不同重构表面的迁移系数的差异，调节Ｓｉ束流，在衬底温度１０８０ ℃下，分别在６Ｈ—ｓｉｃ（ｏ００１）的√３×√３和３×３重构面成功地上实现了３ｃ－ｓｉｃ 和６Ｈ．ＳｉＣ晶型薄膜的外延生长。
ｐｅｏｐｌｅ ｔｏ ｂｅ ｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ，ｗｅ ｒｅｐｏｒｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳｉＣ
新型电力电子器件—碳化硅ppt课件
8
PiN 结二极管在4~5 kV 或者以上的电压时具有 优势，由于其内部的电导调制作用而呈现出较低的 导通电阻，使得它比较适用于高电压应用场合。有 文献报道阻断电压为14.9和19.5 kV 的超高压 PiN二 极管，其正向和反向导通特性如图 2 所示，在电流 密度为100 A/cm2 时，其正向压降分别仅为4.4和 6.5 V。这种高压的 PiN 二极管在电力系统，特别是高压 直流输电领域具有潜在的应用价值。
3
4
碳化硅性质
由于传统的硅基电力电子器件已经逼近了因寄生二极管制约 而能达到的硅材料极限，为突破目前的器件极限，有两大技术发 展方向：一是采用各种新的器件结构；二是采用宽能带间隙材料 的半导体器件，如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)器件。
SiC是IV-IV族二元化合物半导体材料,也是元素周期表中IV族 元素中唯一的一种固态碳化物。SiC由碳原子和硅原子组成,但其 晶体结构具有同质多型体的特点。在半导体领域最常用的是 4H -SiC和6H-SiC两种,SiC与其它半导体材料具有相似的特性,4H-SiC 的饱和电子漂移速度是Si的两倍,从而为SiC器件提供了较高的电 流密度和较高的跨导。高击穿特性使SiC功率器件和开关器件具 有较Si和GaAs器件高3一4倍的击穿电压,高的热导率和耐高温特 性保证了SiC器件具有较高的功率密度及高温工作的可靠性。
5
Johnson 优良指数(JFM)表示器件高功率、
高频率性能的基本限制
KFM 表示基于体管开关速度的优良指数
质量因子 1(QF1)表示电力电子器件中有源
器件面积和散热材料的优良指数
QF2则表示理想散热器下的优良指数
QF3 表示对散热器及其几何形态不加任何
假设状况下的优良指数
PiN 结二极管在4~5 kV 或者以上的电压时具有 优势，由于其内部的电导调制作用而呈现出较低的 导通电阻，使得它比较适用于高电压应用场合。有 文献报道阻断电压为14.9和19.5 kV 的超高压 PiN二 极管，其正向和反向导通特性如图 2 所示，在电流 密度为100 A/cm2 时，其正向压降分别仅为4.4和 6.5 V。这种高压的 PiN 二极管在电力系统，特别是高压 直流输电领域具有潜在的应用价值。
3
4
碳化硅性质
由于传统的硅基电力电子器件已经逼近了因寄生二极管制约 而能达到的硅材料极限，为突破目前的器件极限，有两大技术发 展方向：一是采用各种新的器件结构；二是采用宽能带间隙材料 的半导体器件，如碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)器件。
SiC是IV-IV族二元化合物半导体材料,也是元素周期表中IV族 元素中唯一的一种固态碳化物。SiC由碳原子和硅原子组成,但其 晶体结构具有同质多型体的特点。在半导体领域最常用的是 4H -SiC和6H-SiC两种,SiC与其它半导体材料具有相似的特性,4H-SiC 的饱和电子漂移速度是Si的两倍,从而为SiC器件提供了较高的电 流密度和较高的跨导。高击穿特性使SiC功率器件和开关器件具 有较Si和GaAs器件高3一4倍的击穿电压,高的热导率和耐高温特 性保证了SiC器件具有较高的功率密度及高温工作的可靠性。
5
Johnson 优良指数(JFM)表示器件高功率、
高频率性能的基本限制
KFM 表示基于体管开关速度的优良指数
质量因子 1(QF1)表示电力电子器件中有源
器件面积和散热材料的优良指数
QF2则表示理想散热器下的优良指数
QF3 表示对散热器及其几何形态不加任何
假设状况下的优良指数
《SiC碳化硅》课件
废弃物资源化利用
对生产过程中的废弃物进行资源 化利用，降低对环境的影响。
THANKS
感谢观看
光学性质
总结词
碳化硅具有优异的光学性能，可用于制造光学器件和激光器等。
详细描述
碳化硅是一种宽带隙半导体材料，具有优异的光学性能，能够吸收紫外线和蓝光等短波长光，并可在 高温下保持稳定的光学性能。因此，碳化硅在光学器件、激光器和LED等领域有广泛应用。
03
Sic碳化硅的应用
磨料和磨具
碳化硅作为磨料和磨具有着广泛的应 用，由于其硬度高、耐磨性好，常用 于磨削、研磨和抛光各种硬质材料。
详细描述
碳化硅具有很高的熔点和化学稳定性，能够在高达2800°C的高温下保持稳定， 同时对酸、碱和盐等化学物质具有很好的抗腐蚀性。
电绝缘性
总结词
碳化硅是一种优秀的电绝缘材料 ，适用于电子和电力行业。
详细描述
碳化硅在常温下的电绝缘性能非 常好，其电阻率极高，因此被广 泛应用于电子和电力行业的绝缘 材料。
切削性能。
在切割工具领域，碳化硅可以用 于制造锯条、切割片、切割刀等 ，用于切割各种硬质材料，如石
材、玻璃、陶瓷等。
在刀具领域，碳化硅可以用于制 造铣刀、钻头、车刀等，用于切 削金属材料，提高加工效率和刀
具寿命。
耐火材料和坩埚
碳化硅具有优良的高温性能，可以作为耐火材料和坩埚材料用于高温炉和熔炼设备 中。
详细描述
Sic碳化硅是由碳元素和硅元素组成的化合物，其晶体结构中，每个碳原子与四个硅原子形成共价键，形成了一种 坚固的、类似于金刚石的晶体结构。由于其独特的晶体结构和化学键合状态，Sic碳化硅展现出许多优异的物理和 化学性质。
发现与历史
总结词
碳化硅镀膜工艺
碳化硅镀膜工艺一、引言1. 背景介绍：碳化硅在电子器件中的应用2. 碳化硅镀膜的重要性：提高器件性能、降低成本3. 论文目的：详细介绍碳化硅镀膜工艺二、碳化硅材料特性1. 物理性质：晶格结构、离子扩散、能带结构2. 化学性质：化学键、表面反应、腐蚀 resistance三、碳化硅镀膜工艺1. 化学气相沉积（CVD）：原理、设备、过程参数2. 物理气相沉积（PVD）：原理、设备、过程参数3. 激光喷涂（LSP）：原理、设备、过程参数4. 溶胶-凝胶法（SG法）：原理、设备、过程参数5. 原子层沉积（ALD）：原理、设备、过程参数6. 磁控溅射（MCV）：原理、设备、过程参数四、碳化硅镀膜性能评估1. 厚度均匀性：测量方法、评估指标2. 硬度：测量方法、评估指标3. 耐腐蚀性：测量方法、评估指标4. 电子迁移率：测量方法、评估指标5. 热稳定性：测量方法、评估指标五、碳化硅镀膜在电子器件中的应用1. 肖特基二极管2. 场效应晶体管3. 发光二极管4. 太阳能电池5. 功率放大器六、结论与展望1. 碳化硅镀膜工艺的发展趋势2. 面临的挑战与解决方案3. 碳化硅镀膜在电子器件中的未来应用前景1. 背景介绍：碳化硅在电子器件中的应用碳化硅(SiC)是一种宽禁带半导体材料,具有高电子迁移率、高热导率和高抗热冲击能力,因此在电子器件中具有广泛的应用前景。
其中,碳化硅镀膜工艺是一种重要的制备碳化硅薄膜的方法,可以提高碳化硅器件的性能。
碳化硅在电子器件中的应用主要包括高温电力电子器件、功率器件、光电子器件和微电子器件等。
高温电力电子器件需要在高温环境下工作,因此需要使用具有高热导率和耐热冲击能力的材料。
碳化硅具有这些特性,因此被广泛应用于高温电力电子器件中。
功率器件需要具有高电子迁移率和低噪声特性,碳化硅在这方面也表现优异。
光电子器件需要具有高光响应率和低损耗特性,碳化硅在这方面也是优秀的材料。
微电子器件需要具有高精度和高可靠性的特性,碳化硅也在这方面有着广泛的应用。
《SiC碳化硅》课件
市场认知度提升
2
产成本相对较高。
需要加强行业宣传和市场教育，提高
碳化硅的知名度和应用广度。
3
技术创新和升级
持续研发新的制备方法和材料改性技 术，提高碳化硅材料的性能。
结论和总结
SiC碳化硅作为一种重要的新兴材料，具有广泛的应用前景。在克服挑战和持续发展的同时，碳化硅将 在多个领域发挥重要作用。
通过烧结、热压或立体堆积工艺将碳化硅粉末制备成材料。
SiC碳化硅的市场前景
能源领域
应用于新能源设备和高效电力转化系统，具有广阔的市场前景。
汽车领域
随着电动汽车市场的发展，对碳化硅的需求将显著增加。
工业应用
在高温、高频、高功率领域应用广泛，市场潜力巨大。
SiC碳化硅的挑战与发展趋势
1
材料制备难度
碳化硅的制备技术和设备要求高，生
汽车工业
用于制造电动车辆的电池管 理系统和充电设备，提高动 力电加热元 件等，提高加热效果和工作 寿命。
SiC碳化硅的制备方法
1
碳化硅晶体生长
通过物理气相沉积或溶液溶胶法实现碳化硅晶体的制备。
2
碳化硅粉末制备
通过高温反应或石墨化学气相沉积法制备碳化硅粉末。
3
碳化硅材料成型
《SiC碳化硅》PPT课件
这份《SiC碳化硅》PPT课件演示文稿将详细介绍碳化硅的特性、应用、制备 方法以及市场前景等方面的知识，帮助您更好地了解这一领域的发展。
简介
碳化硅是一种新型功能性材料，具有优异的热传导性、高温稳定性以及良好 的耐腐蚀性，被广泛应用于高温工况和特殊环境中。
SiC碳化硅的特性
1 高温稳定性
2 高硬度
具备出色的耐高温性能，适用于高温工况 下的应用。
一种典型半导体材料SiC2PPT课件
2.SiC衬底的制备
SiC单晶的加工：
要求：表面超光滑、无缺陷、无损伤。 重要性：直接影响器件的性能。 难度：SiC的莫氏硬度为9.2，难度相当大。
工艺流程： 切割：用金刚线锯。 粗、精研磨：使用不同粗细的碳化硼和金刚石颗粒加 粗磨和精磨。 粗抛光：机械抛光，用微小的金刚石粉粒进行粗抛。 精抛光：化学机械抛光。
国内在SiC生长起步较晚，目前主要是山东大学、中科院上海硅酸盐研究所、中科院 物理所等单位开展SiC单晶生长制备技术研究，山东大学2019年在实验室生长出了3英寸
6H-SiC单晶。
2.SiC衬底的制备
物理气相传输法（PVT）：
核心装置如右图所示：
SiC原料的升华和晶体的再生长在一个封闭的石墨 坩埚内进行，坩埚处于高温非均匀热场中。SiC原料 部分处于高温中，温度大约在2400~2500摄氏度。 碳化硅粉逐渐分解或升华，产生Si和Si的碳化物混 合蒸汽，并在温度梯度的驱使下向粘贴在坩埚低温 区域的籽晶表面输送，使籽晶逐渐生长为晶体。
5.SiC光电器件的前景
随着各个国家在SiC项目上投入力度的加大，SiC功率器件面临的技术难题正 在逐步降低，只要SiC功率器件可靠性问题解决，随着大尺寸SiC器件的发展， 价格最终不会成为制约的瓶颈。
随着SiC功率器件在民用领域特别是电动汽车领域的推广应用，相信不久的将 来，SiC功率器件会大量的应用于军事和民用的各个领域。
SiC紫外探测器： PN结型 PIN型 异质结型 肖特基势垒型 金属-半导体-金属（MSM）型
6.SiC紫外探测器的制备
实例：SiC肖特基紫外光电探测器件的研制。
器件制备的半导体材料：4H-SiC；衬底： N+型，电阻率0.014Ω*cm，厚度300um； 外延层：N型，掺杂浓度3.3E15/cm3，厚度 10um。
《硅薄膜材料》课件
光学器件
04
CHAPTER
硅薄膜材料的研究进展
化学气相沉积（Leabharlann VD）利用化学反应在基底上生成硅薄膜，具有高沉积速率和良好的均匀性。
硅薄膜材料在集成电路、微电子器件等领域具有广泛应用，如晶体管、二极管等。
微电子器件
硅薄膜材料在太阳能电池、燃料电池等领域具有潜在应用价值，如硅基太阳能电池等。
新能源领域
01
物理传感器
硅薄膜材料可以用于制造各种物理传感器，如压力传感器、温度传感器和加速度传感器等。
生物传感器
通过在硅薄膜材料上制备生物敏感膜，可以制造出生物传感器，用于检测生物分子、细胞和微生物等。
VS
硅薄膜材料具有优异的光学性能，可以用于制造光学器件，如反射镜、光波导和光栅等。
化学传感器
硅薄膜材料还可以用于制造化学传感器，用于检测气体和液体中的化学物质。
分类
硅薄膜材料具有高纯度、低电阻率、高稳定性、高耐温性等特点，能够满足各种不同的应用需求。
硅薄膜材料广泛应用于微电子、光电子、传感器、太阳能电池等领域，作为导电层、介质层、反射层、保护层等。
用途
特性
将硅片置于高温氧化环境中，通过氧化反应在表面形成一层二氧化硅薄膜。
热氧化法
利用化学反应在衬底上生成硅薄膜，常用的反应气体为硅烷、氯硅烷等。
硅薄膜材料在传感器和生物医学领域的应用需要加强研究，以拓展其应用范围和提高性能，为人类社会的发展做出更大的贡献。
THANKS
感谢您的观看。
化学气相沉积法
通过物理方法将硅源气体电离、激活或蒸发，然后在衬底上沉积成膜。
物理气相沉积法
02
CHAPTER
硅薄膜材料的物理性质
硅薄膜的晶体结构包括单晶硅薄膜和多晶硅薄膜。单晶硅薄膜具有长程有序的晶体结构，而多晶硅薄膜则由许多取向不同的晶粒组成。
04
CHAPTER
硅薄膜材料的研究进展
化学气相沉积（Leabharlann VD）利用化学反应在基底上生成硅薄膜，具有高沉积速率和良好的均匀性。
硅薄膜材料在集成电路、微电子器件等领域具有广泛应用，如晶体管、二极管等。
微电子器件
硅薄膜材料在太阳能电池、燃料电池等领域具有潜在应用价值，如硅基太阳能电池等。
新能源领域
01
物理传感器
硅薄膜材料可以用于制造各种物理传感器，如压力传感器、温度传感器和加速度传感器等。
生物传感器
通过在硅薄膜材料上制备生物敏感膜，可以制造出生物传感器，用于检测生物分子、细胞和微生物等。
VS
硅薄膜材料具有优异的光学性能，可以用于制造光学器件，如反射镜、光波导和光栅等。
化学传感器
硅薄膜材料还可以用于制造化学传感器，用于检测气体和液体中的化学物质。
分类
硅薄膜材料具有高纯度、低电阻率、高稳定性、高耐温性等特点，能够满足各种不同的应用需求。
硅薄膜材料广泛应用于微电子、光电子、传感器、太阳能电池等领域，作为导电层、介质层、反射层、保护层等。
用途
特性
将硅片置于高温氧化环境中，通过氧化反应在表面形成一层二氧化硅薄膜。
热氧化法
利用化学反应在衬底上生成硅薄膜，常用的反应气体为硅烷、氯硅烷等。
硅薄膜材料在传感器和生物医学领域的应用需要加强研究，以拓展其应用范围和提高性能，为人类社会的发展做出更大的贡献。
THANKS
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化学气相沉积法
通过物理方法将硅源气体电离、激活或蒸发，然后在衬底上沉积成膜。
物理气相沉积法
02
CHAPTER
硅薄膜材料的物理性质
硅薄膜的晶体结构包括单晶硅薄膜和多晶硅薄膜。单晶硅薄膜具有长程有序的晶体结构，而多晶硅薄膜则由许多取向不同的晶粒组成。
碳化硅薄膜应用ppt课件
精品
9
Sic的发展前景
• SiC被认为是目前适合大功率和高温工程(HTE)及 高压器件应用的综合性能最好、商品化程度最高、 最成熟的材料。如果现有器件都由sic基器件取代 的话，到2001年HTE及相关器件的全球市场将达 10亿美元，届时，sic器件的市场规模将由1996年 的1 500万美元增加到2 760美元。Sic器件的研究 需要克服输出光波严重红移及高温工作时漏电流 很大等问题，这些问题皆由材料带隙有变窄趋势 引起，而后者大部分是由于各种缺陷的存在，因 此，在sic晶体生长中降低有害缺陷，是发展这种 半导体材料及其重要的研究内容，也是sic器件发 展的关键。
精品
6
SiC器件及其应用
• 随着SiC材料制备技术的进展及器件工艺技
术的进步，siC器件和电路的发展也十分迅速。 采用
SiC材料研制的器件种类很多，如SiC二极管、 siC
JEET、SiC MESFET、SiC MOSFET、SiC HBT、SiC HEMT、SiC SIT等，下面介绍 几种SiC器件及其应用情况。
精品
8
SiC二极管
• 瑞典KTH、Royal Institute of Technology报道，1995年研制成高击穿 6H—siC PIN二极管，击穿电压为4．5kV。Cree公司在85um厚的SiC 外延层上制作了5 900V SiC PIN二极管，正向压降在100A／cm2的电 流密度下为4．2V，5 500V SiC PIN二极管的反向恢复电流仅为 350nA。美国RPI(Rensse LaerPolytechnic Institute)在40um厚的SiC 外延层上实现了4 500V sic PIN二极管，正向压降在100A／cm2的电 流密度下为4．2V。Cree Research Inc．研制成的4H—SiC肖特基二 级管具有非常低的反向漏电流密度(4．4×10。A／cm2，在700V下) 和较高的正向偏置电流(0．5A)。美国Purdue大学已研制成SiC SBD(肖特基势垒二极管)，阻断电压为4．9kV，本征导通电阻为43m 偶·cm～，在功率开关应用中作高压整流器。Purdue大学在1999年宣 布了一个目前世界最高水平的SiC肖特基二极管，制作在50um厚的 SiC外延层上。据报道，SiC IMPATT二极管在20GHz一30GHz下的输 出功率可达4w，效率为15％一20％。
《薄膜技术》PPT课件
– 在较高温度下：kS>>hG
N GS 0
v
NT N Si
hGY
质量转移控制
– 在较低温度下：kS<<hG 表面反应控制
N GS N G 0
v
NT N Si
kSY
在高温段〔质量转移
控制〕生长速率受温 度影响小,便于控制 〔可为±10°C〕
– 3〕生长速率与衬底取向的关系 v<110>>v<100>>v<111> ?
– 1〕掺杂浓度受汽相中的掺杂剂分气压控制
Nf
Pf 0
NSi (NSi/H)PG0
– 2〕生长速率和温度的影响 为什么温度升高会使浓度降低？
Silicon Vapor Phase Epitaxy Reactors
Exhaust
RF heating
Horizontal reactor
Gas inlet RF heating
2) Dissociation of reactants by electric fields
3) Film precursors are formed
4) Adsorption of precursors
RF field
RF generator Electrode PECVD reactor
7) Desorption of by-products
By-products
8) By-product removal
Exhaust
5) Precursor diffusion
into substrate
6) Surface reactions Continuous film
无机半导体材料碳化硅SiC-PPT课件
和欧盟(以瑞典和德国为首)的一些公司或科研机构也在生产SiC 晶片，并且已经实现商品化。 SiC作为第三代半导体材料的杰出代表，由于其特有的物 理化学特性成为制作高频、大功率、高温器件的理想材料。随
着SiC体材料的生长和外延技术的成熟，各种SiC器件将会相继
出现。目前，SiC器件的研究主要以分立器件为主，仍处于以 开发为主、生产为辅的阶段。
GaN（氮化镓）、金刚石等)的衬底和X射线的掩膜等。而且，
β-SiC薄膜能在同属立方晶系的Si衬底上生长，而Si衬底由于其 面积大、质量高、价格低，可与Si的平面工艺相兼容，所以后 续PECVD制备的SiC薄膜主要是β-SiC薄膜。
四、SiC的晶体的应用前景
由于SiC具有上述众多优异的物理化学性质，不仅能够 作为一种良好的高温结构材料，也是一种理想的高温半导 体材料。近20年，伴随薄膜制备技术的高速发展，SiC薄 膜已经被广泛应用于保护涂层、光致发光、场效应晶体管、 薄膜发光二极管以及非晶Si太阳能电池的窗口材料等。另
(2)化学气象沉积法
利用化学气相沉积法制备碳化硅材料具有很多突出的优点，
如可以用高纯度的气体反应得到高纯度的单晶体，并且生长速
度可以通过调节反应温度和气氛成分比例而得到控制。由CVD 法制取SiC薄膜的反应组分可以多种多样，但大致可以分为三类： （1）硅化物（常常是SiH4 (硅烷)和碳氢（或氟）化物，如CH4 (甲烷)、C2H4 (乙烯)、C3H8 （丙烷）、CF4(四氟化碳)等，以及
格取向完全一致；碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失
配、释放应力、引入成核中心，
有利于薄膜单晶质量的提高。分子束外延的优点是： 使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于 精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速 调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶 薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形 成的超薄层量子阱微结构材料。
着SiC体材料的生长和外延技术的成熟，各种SiC器件将会相继
出现。目前，SiC器件的研究主要以分立器件为主，仍处于以 开发为主、生产为辅的阶段。
GaN（氮化镓）、金刚石等)的衬底和X射线的掩膜等。而且，
β-SiC薄膜能在同属立方晶系的Si衬底上生长，而Si衬底由于其 面积大、质量高、价格低，可与Si的平面工艺相兼容，所以后 续PECVD制备的SiC薄膜主要是β-SiC薄膜。
四、SiC的晶体的应用前景
由于SiC具有上述众多优异的物理化学性质，不仅能够 作为一种良好的高温结构材料，也是一种理想的高温半导 体材料。近20年，伴随薄膜制备技术的高速发展，SiC薄 膜已经被广泛应用于保护涂层、光致发光、场效应晶体管、 薄膜发光二极管以及非晶Si太阳能电池的窗口材料等。另
(2)化学气象沉积法
利用化学气相沉积法制备碳化硅材料具有很多突出的优点，
如可以用高纯度的气体反应得到高纯度的单晶体，并且生长速
度可以通过调节反应温度和气氛成分比例而得到控制。由CVD 法制取SiC薄膜的反应组分可以多种多样，但大致可以分为三类： （1）硅化物（常常是SiH4 (硅烷)和碳氢（或氟）化物，如CH4 (甲烷)、C2H4 (乙烯)、C3H8 （丙烷）、CF4(四氟化碳)等，以及
格取向完全一致；碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失
配、释放应力、引入成核中心，
有利于薄膜单晶质量的提高。分子束外延的优点是： 使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于 精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速 调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶 薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形 成的超薄层量子阱微结构材料。
碳化硅薄膜的外延生长、结构表征及石墨烯的制备
碳化硅薄膜的外延生长、结构表征及石墨烯的制备一、本文概述本文旨在深入探讨碳化硅薄膜的外延生长技术、结构表征方法，以及石墨烯的制备方法。
我们将首先概述碳化硅薄膜的外延生长过程，包括生长机制、生长条件以及生长过程中可能遇到的问题和解决方案。
接着，我们将详细介绍碳化硅薄膜的结构表征方法，包括各种显微技术、光谱技术和电子结构分析等，以揭示其独特的物理和化学性质。
我们将探讨石墨烯的制备方法，特别是以碳化硅薄膜为基底的石墨烯制备技术，包括高温退火、氢刻蚀等步骤，并讨论这些方法的优缺点以及未来可能的发展方向。
通过本文的研究，我们期望能够更深入地理解碳化硅薄膜和石墨烯的制备技术，为新型电子器件、传感器、光电子器件等领域的应用提供理论基础和技术支持。
我们也希望通过研究，能够为碳化硅和石墨烯材料的基础科学研究做出贡献，推动材料科学的发展。
二、碳化硅薄膜的外延生长碳化硅（SiC）薄膜的外延生长是一种先进的制造技术，广泛应用于电子、光电子和微机械系统等领域。
外延生长是指在单晶衬底上生长一层与衬底晶格结构相同或相近的新晶体，以实现单晶薄膜的制备。
在碳化硅薄膜的外延生长过程中，通常采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）等方法。
化学气相沉积（CVD）是一种常用的碳化硅薄膜外延生长技术。
在CVD 过程中，碳源和硅源在反应室中高温下发生化学反应，生成碳化硅气体分子，这些气体分子随后在衬底表面沉积并结晶形成碳化硅薄膜。
常用的碳源包括甲烷、乙炔等，而硅源则可以是硅烷或四氯化硅等。
通过精确控制反应条件，如温度、压力、气体流量等，可以实现高质量的碳化硅薄膜外延生长。
物理气相沉积（PVD）是另一种重要的碳化硅薄膜外延生长技术。
在PVD过程中，碳化硅靶材在高能粒子束（如离子束或电子束）的轰击下发生溅射，溅射出的碳化硅原子或分子沉积在衬底表面并结晶形成碳化硅薄膜。
PVD方法具有生长速率快、薄膜纯度高等优点，因此在碳化硅薄膜的外延生长中也得到了广泛应用。
新型电力电子器件—碳化硅39页PPT
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
新型电力电子器件—碳化硅
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·。— —爱献 生
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21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
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16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·。— —爱献 生
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SiC整流器
• Astronuclear Lab研制的SiC整流器，正向电流从mA级到 10A，反向电压为500V(峰值)，动态负荷条件下，在l 000 下时测试，寿命达到1 000小时以上。SiC整流器可用于高 温桥电路，交流电机和点火装置。Purdue首次研制出高压 双金属沟槽(DMT)结构SiC肖特基夹断整流器。SiC DMT 器件的反向偏置为300V，反向电流比平面器件小75倍， 正向偏置特性仍类似于平面器件。4H—sic夹断整流器是 采用一个低／高的势垒高度(Ti／Ni)DMT结构制作的。瑞 典的Stockholm在1997年采用硼和铅的双注入法制作4H— sic PIN整流器，该整流器的压降在100mA／cm2下约为 6V。Kimoto等人在n型厚外延层4H—SiC上制成很高击穿 电压的肖特基整流器。已用结型势垒肖特基接触结构制成 sic功率整流器。
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• SiC的优点：带隙宽，热导率高，电子饱和 漂移速率大，化学稳定性好等，非常适于制 作高温，高频，抗辐射，大功率和高密度集 成的电子器件。利用其特有的禁带宽度（2,。 3ev~3.3eV），还可以制作蓝，绿光和紫外 光的发光器件和光探测器件。另外，与其他 化合物半导体材料如GaN，AlN等相比， SiC的独特性质是可以形成自然氧化层SiO2. 这对制作各种一MOS为基础的器件是非常 有利的。
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Sic的发展前景
• SiC被认为是目前适合大功率和高温工程(HTE)及 高压器件应用的综合性能最好、商品化程度最高、 最成熟的材料。如果现有器件都由sic基器件取代 的话，到2001年HTE及相关器件的全球市场将达 10亿美元，届时，sic器件的市场规模将由1996年 的1 500万美元增加到2 760美元。Sic器件的研究 需要克服输出光波严重红移及高温工作时漏电流 很大等问题，这些问题皆由材料带隙有变窄趋势 引起，而后者大部分是由于各种缺陷的存在，因 此，在sic晶体生长中降低有害缺陷，是发展这种 半导体材料及其重要的研究内容，也是sic器件发 展的关键。精品3来自精品4精品
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• 现状：随着社会信息化的需要和现代电子系统的迅速发展，越来越迫 切需要Si和GaAs器件难以承受的高温环境下工作的电子器件，取掉系 统中现有的冷却装置，适应电子装备的进一步小型化。在寻求高温工 作器件的同时，研制高频大功率、抗辐照、高性能半导体器件也是90 年代以来微电子领域的重点之一。以sic、GaN、金刚石为代表的宽带 隙半导体材料具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、电子饱和漂 移速度高、介电常数小、抗辐照能力强、化学稳定性良好等独特的特 性，使其在光电器件、高频大功率器件、高温电子器件等方面倍受青 睐，被誉为前景十分广阔的第三代半导体材料。金刚石的特性虽然最 佳，但由于受加工技术和设备条件的限制，加上其制作成本过高，因 而，目前的研究重点多集中于siC和GaN，并取得了重大进展。sic的 性能优点激励着人们对其进行大量的研究，器件的开发已经取得显著 进步，其中最引人注目的电力器件是肖特基整流器、晶闸管和功率 MOsFET等。sic优于Si和GaAs的材料性能，有着诱人的应用前景， 尤其sic器件可在大于200℃的高温环境下工作，并具有较强的抗辐照 能力，这是Si和GaAs器件不能相比的，所以近几年来，许多国家投入 大量人力物力进行研究开发。
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SiC器件及其应用
• 随着SiC材料制备技术的进展及器件工艺技
术的进步，siC器件和电路的发展也十分迅速。 采用
SiC材料研制的器件种类很多，如SiC二极管、 siC
JEET、SiC MESFET、SiC MOSFET、SiC HBT、SiC HEMT、SiC SIT等，下面介绍 几种SiC器件及其应用情况。
碳化硅薄膜应用
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碳化硅薄膜应用
• 半导体材料的发展史中，一般将si，Ge称 为第一代电子材料，GaAs，Inp,InAs及其 合金等称为第二代电子材料，而将宽带高 温半导体SiC，GaN，AiN，金刚石等称为 第三代半导体材料。随着科学技术的发展， 对能在极端条件下工作的电子器件的需求 越来越迫切，常规半导体如Si，GaAs已面 临严峻挑战，发展带宽隙半导体 （Eg>2.3Ev)材料已成为当务之急。SiC是 第三代半导体材料的核心之一。
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SiC二极管
• 瑞典KTH、Royal Institute of Technology报道，1995年研制成高击穿 6H—siC PIN二极管，击穿电压为4．5kV。Cree公司在85um厚的SiC 外延层上制作了5 900V SiC PIN二极管，正向压降在100A／cm2的电 流密度下为4．2V，5 500V SiC PIN二极管的反向恢复电流仅为 350nA。美国RPI(Rensse LaerPolytechnic Institute)在40um厚的SiC 外延层上实现了4 500V sic PIN二极管，正向压降在100A／cm2的电 流密度下为4．2V。Cree Research Inc．研制成的4H—SiC肖特基二 级管具有非常低的反向漏电流密度(4．4×10。A／cm2，在700V下) 和较高的正向偏置电流(0．5A)。美国Purdue大学已研制成SiC SBD(肖特基势垒二极管)，阻断电压为4．9kV，本征导通电阻为43m 偶·cm～，在功率开关应用中作高压整流器。Purdue大学在1999年宣 布了一个目前世界最高水平的SiC肖特基二极管，制作在50um厚的 SiC外延层上。据报道，SiC IMPATT二极管在20GHz一30GHz下的输 出功率可达4w，效率为15％一20％。