CVD法生長SiC晶須研究.pdf

1、碳化硅(SiC)材料是繼第一代元素半導(dǎo)體(Si)和第二代化合物半導(dǎo)體材料之后的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料。SiC材料具有禁帶寬、熱導(dǎo)率高、臨界擊穿電場高等特性，特別適合高溫、強輻射等惡劣環(huán)境下工作的電子器件制造。且其一維、準(zhǔn)一維材料在光電子、場發(fā)射器件和微機械等方面也具有極大的應(yīng)用潛能，因此，SiC納米線具有重要的研究價值。 本論文采用化學(xué)氣相沉積方法，以Ni薄膜為催化劑，以C2H2、SiH4為反應(yīng)氣體，以H2為載氣，在Si基片上生

2、長β-SiC晶須。運用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子能量色散譜(EDS)、透射電子顯微鏡(TEM)等表征手段，系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)對SiC晶須形貌、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成份的影響。 本論文首先采用兩步法合成了β-SiC晶須，在兩步法中，又采用了兩種方法合成SiC晶須，一種稱為C納米管反應(yīng)法，另一種稱為C納米管限域法。所謂C納米管反應(yīng)法是指：先在1050℃～1200℃下分解C2H2合成管徑為30nm～70nm的碳納米管，

3、再以C納米管與SiH4反應(yīng)合成β-SiC晶須，所合成的SiC晶須形貌與C納米管形貌一致，但SiC晶須是中空的。而C納米管限域法是指：先在1150℃下分解C2H2合成C納米管，再以C納米管為模板，以C2H2與SiH4反應(yīng)生成SiC晶須的方法。采用C納米管限域法所生長的SiC晶須則是實心的，直徑達(dá)120nm～160nm，并有SiC顆粒生成，生長溫度越高，合成晶須的直徑和顆粒的粒徑越大。 在兩步法合成SiC晶須的基礎(chǔ)上，本論文還進(jìn)一步

4、開展了一步法合成β-SiC晶須的研究，即：在無碳納米管限制的作用下，直接由C2H2和SiH4反應(yīng)生長β-SiC晶須。本論文系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)對SiC晶須生長的影響，實驗結(jié)果表明：隨著生長溫度的升高，所生長的晶須由彎曲纏繞狀變成分散，且長度變短；隨著生長時間的延長，晶須長度增加；由于催化劑Ni溶解于SiC晶須中，晶須最后形成針形且不再生長；隨著H2流量的增大，SiC晶須的合成率將減少，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镾iC顆粒，顆粒粒徑隨H2流量的增加而增大；

5、C/Si比值和催化劑也是影響SiC晶須生長的重要因素。通過生長工藝參數(shù)對SiC晶須生長的影響研究，顯示出：β-SiC晶須的生長是基于VLS機理，晶須是Si原子和C原子在進(jìn)入液相后鍵合沉積而生長。通過對SiC晶須生長工藝的研究，確定出了適合SiC晶須生長的工藝參數(shù)：反應(yīng)室氣壓60Torr，襯底溫度1200℃～1300℃，C2H2、SiH4及H2的流量分別為2.5sccm、5sccm及500sccm，在優(yōu)化工藝參數(shù)下，生長出了分散、直立、尺