SiC薄膜的制备及性能研究

SiC薄膜的制备及性能研究

指导老师：

学生姓名：

专业班级：材料工程

摘要

碳化硅被誉为下一代半导体材料，因为其具有众多优异的物理化学特性，被广泛应用于光电器件、高频大功率、高温电子器件。本文阐述了SiC研究进展及应用前景，从光学性质、电学性质、热稳定性、化学性质、硬度和耐磨性、掺杂物六个方面介绍了SiC的性能。SiC有高的硬度与热稳定性,稳定的结构,大的禁带宽度 ,高的热导率,优异的电学性能。同时介绍了SiC的制备方法：物理气相沉积法和化学气相沉积法，以及SiC薄膜表征手段。包括X射线衍射谱、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等。最后讲了SiC的光学性能和电学性能以及参杂SiC薄膜的光学性能研究进展。

关键词：SiC，溅射，掺杂，性能研究

Study On The Synthesis And Properties

Of SiC Film

C l a s s: Material Engineering

N a me : Hengyi Wang

Instructor : Yuxiang Li

Abstract

Silicon carbide is known as next-generation semiconductor materials, because it has many excellent physical and chemical characteristics, widely applied light electric parts, high frequency power, high temperature electronic devices.This paper expounds the research progress and application prospects of foundation, from optical properties, electrical properties, thermal stability, chemical properties, hardness and abrasion resistance, doping thing six aspects introduces the performance of SiC.SiC has high hardness and thermal stability, stable structure, large forbidden band width, high thermal conductivity, excellent electrical properties.Meanwhile introduces the preparation methods of SiC: the physical vapor deposition and chemical vapor deposition, and SiC film characterization methods.Including X-ray diffraction spectrum, Fourier

infrared spectra, Raman spectra, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Finally spoke SiC optical performance and electrical properties and joined SiC film optical properties research progress.

Keywords: SiC, Spurting, Mingle, Performance study

目录

1 绪论 (5)

1.1 引言 (5)

1.2 SiC材料的研究进展 (6)

1.3 SiC的晶体结构、特性及应用前景 (7)

1.3.1 SiC的晶体结构 (7)

1.3.2 SiC的物理和化学性质 (9)

1.3.3 SiC的应用前景 (11)

1.4 SiC的掺杂 (12)

2 SiC薄膜的制备方法 (14)

2.1 物理气象沉积法 (14)

2.1.1 溅射 (14)

2.1.2 分子束外延 (16)

2.1.3 离子注入合成法 (17)

2.2 化学气象沉积法 (17)

2.2.1 低压化学气相沉积 (17)

2.2.2 热灯丝化学气相沉积法 (18)

2.2.3 等离子增强化学气相沉积 (18)

3 SiC薄膜的表征方法 (21)

3.1 X射线衍射谱 (21)

3.2 傅里叶红外光谱 (22)

3.3 拉曼光谱 (22)

3.4 X射线光电子能谱 (24)

3.5 原子力显微镜和各种电镜 (24)

4 SiC薄膜的性能研究 (25)

4.1 SiC薄膜的力学性能方面 (25)

4.3 SiC薄膜电学性能方面 (25)

4.3 SiC薄膜掺杂及光学性能方面的研究 (26)

5 小结 (28)

6 参考文献 (29)

7 致谢 (32)

1 绪论

1.1 引言

SiC由Si原子和C原子组成，其晶体结构具有同质多型体的特点，在半导体领域最常见的是具有立方闪锌矿结构的3C-SiC和六方纤锌矿结构的4H-SiC和6H-SiC。21世纪以来以Si为基本材料的微电子机械系统(MEMS)已有长足的发展，随着MEMS应用领域的不断扩展，Si 材料本身的性能局限性制约了Si基MEMS在高温、高频、强辐射及化学腐蚀等极端条件下的应用。因此寻找Si的新型替代材料正日益受到重视。在众多半导体材料中，SiC的机械强度、热学性能、抗腐蚀性、耐磨性等方面具有明显的优势，且与IC工艺兼容，故而在极端条件的MEMS应用中，成为Si的首选替代材料。

SiC材料具有良好的电学特性和力学特性，是一种非常理想的可适应诸多恶劣环境的半导体材料。它禁带宽度较大，具有热传导率高、耐高温、抗腐蚀、化学稳定性高等特点，以其作为器件结构材料，可以得到耐高温、耐高压和抗腐蚀的SiC-MEMS器件，具有广阔的市场和应用前景。同时SiC陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，是当前最有前途的结构陶瓷之一，并且已在许多高技术领域(如空间技术、核物理等)及基础产业(如石油化工、机械、车辆、造船等)得到应用，用作精密轴承、密封件、气轮机转子、喷嘴、热交换器部件及原子核反应堆材料等。如利用多层多