4H-SiC晶体中Shockley层错的TEM观察(4)

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QFOM3 1.0 0.13 15.13 59.92 19400 1288 1006 2608.4

表2同时给出了判断参数对器件性能的影响的7种优值。JFOM和KFOM是基本的比较值，因为饱和电子漂移速度在功率元件中的作用并不明显。另外五个则对功率器件性能的估计更加确切。其中，QFOM1 最实际的估计了电导损耗，而预计高频率性能，则使用BHFOM较为合适。由表中可以看出，金刚石、GaN、SiC都有较高的优值，因此它们的材料性能决定了它们能够兼顾器件的功率和频率，以及耐高温，可以制作高压高频大功率器件。文献综述

作为最有希望首先取得突破的SiC材料，它具有比传统的Si材料高一个数量级的击穿电场和更好的耐高温的能力。高的击穿电场使SiC功率器件具有较小的厚度和更高掺杂浓度的阻断电压层，从而器件的串联电阻可以大大的降低，使高压应用成为可能。SiC有更大的禁带宽度（对4H-SiC为3.26eV, Si为1.12eV），所以，SiC器件可以稳定的工作在高温的环境。理论和实践表明，碳化硅是实现高温、大功率、高频及抗辐射相结合的功率开关管的理想材料。另外，从表中还可以看到，4H-SiC的各种优值都比其它类型的SiC大，所以它的优势更加明显。在功率系统中，一个好的开关管需要小开启电压、大导通电流、低漏电流、高击穿电压，以及高开关速度，而同时具有特点的材料正是我们追求的最理想目标[6]。

1.3　SiC的单晶生长

SiC材料技术从90年代得到飞速发展，特别是SiC体单晶生长技术和薄膜生长技术的发展为SiC器件的研制奠定了坚实的基础。

SiC用液相生长存在着困难,这是因为在1个大气压时，SiC 相图有包晶体(见图1-1)，只有在压力> 1010 Pa，温度> 3200 ℃时才能形成化学计量熔体；当温度为1412～2830 ℃时，C 在Si 中的溶解度仅为0.101 %～19 %，温度高时，其挥发使得生长过程不稳定。有人试验[7] 在熔体中添加Si、Fe、Cr、Sc、Tb、Pr 等元素可使C 的溶解度大于50 %，生长出来的单晶质量不高，不能作为半导体使用。

因此现在通常使用的SiC 生长设备是中频感应加热单晶炉[8] (气相生长)，如图1-2。工作频率一般是10kHz。外围的圆圈代表感应加热线圈，由外向内依次是石英管、隔热材料、坩埚。坩埚一般使用高纯、高密度、各向同性石墨。籽晶置于坩埚的盖上，原料可使用高纯SiC 粉末或者多晶，放在坩埚底部。有两个测温窗口，用色温计测定坩埚顶部和底部的温度，从而估计温度梯度。

图1-2 　感应加热生长设备示意图

生长腔内尽量除去杂质，生长开始前要先抽真空，对于外加Ar 气也要处理，除去其中的N2 等杂质气体。料源也要尽可能的纯，国际上大都采用高纯半导体材料的Si，C 合成SiC 粉，并用火花源质谱测定法或GDMS (glow discharge mass spectroscopy)，诱导等离子发射光谱或质谱测定其杂质含量。实验表明[9 ,10] ，原料中一般含有B，Na，Al，S，Ti，V，Cr，Fe，Co，Ni 等，B是最主要的浅受主杂质，其次是Al 。来!自~751论-文|网www.751com.cn

将原料加热到一定的温度(实际上在1800 ℃就已经升华)，原料主要分解为Si 、Si2C、SiC2 气体(公式1-(1)，1-(2) )。当原料到籽晶的距离较小时(约10mm 以下)，主要是原料面到籽晶的直接升华；当距离较大时，因为Si 的蒸汽压要高于其他成分，气体Si 要与坩埚的石墨壁反应生成Si2C，SiC2(公式1-(3) , 1-(4) )，生长主要是由壁到籽晶的气体传输[11] 。