助溶劑法不同形貌SiC晶體的生長(zhǎng).pdf

1、SiC半導(dǎo)體材料是自第一代半導(dǎo)體材料(Si)和第二代化合物半導(dǎo)體材料(GaAs、GaP、InP等)之后發(fā)展起來(lái)的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料,具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能.SiC體單晶和一維納米晶須在制備高溫、高頻、大功率的光電子器件方面具有較大的應(yīng)用潛力.本文在前人SiC單晶和一維納米晶須生長(zhǎng)研究的基礎(chǔ)上,開(kāi)展金屬硅化物熔體中,SiC體單晶和一維納米晶須的生長(zhǎng)及其機(jī)理的研究. FeSi熔體做助溶劑,石墨坩鍋?zhàn)鎏荚?開(kāi)展液相法SiC單晶生長(zhǎng)

2、研究.研究表明FeSi熔體能溶解足夠的C并有SiC單晶從熔體中析出.XRD分析表明反應(yīng)產(chǎn)物基本上都是3C-SiC,并伴有少量的6H-SiC,一般認(rèn)為這是晶體中存在的層錯(cuò)或寄生相等缺陷造成的.Raman分析確認(rèn)熔體中所生長(zhǎng)的SiC單晶為3C-SiC,并存在一定程度的層錯(cuò)等缺陷和較大的金屬元素?fù)诫s.SiC單晶的典型形貌表明熔體中SiC單晶的生長(zhǎng)遵循二維形核.層生長(zhǎng)機(jī)理. 在助溶劑法SiC單晶生長(zhǎng)中發(fā)現(xiàn),在一定含量的氧氣氛下傾向于納米

3、晶須的生長(zhǎng).基于這一事實(shí),進(jìn)行了以FeSi和NiSi為助溶劑SiC一維納米材料生長(zhǎng)的研究,得到大量高質(zhì)量的SiC納米晶須.分析表明,納米晶須產(chǎn)物為3C-SiC,其晶格常數(shù)為4.364A,(111)面晶面間距為0.25nm,生長(zhǎng)方向?yàn)閇111]晶向.Raman分析表明,所得的3C-SiC納米晶須結(jié)晶化程度良好,由于尺寸效應(yīng),納米晶須的散射峰相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)3C-SiC單晶向低波數(shù)偏移. 對(duì)SiC納米晶須的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行研究表明,SiC晶須的

4、形成經(jīng)歷了兩個(gè)階段:晶核形成階段和晶須長(zhǎng)大階段.各個(gè)溫度下生長(zhǎng)的SiC納米晶須均植根于FeSi和NiSi助溶劑,且頂端有球形助溶劑液滴.這些事實(shí)暗示了晶須的生長(zhǎng)機(jī)理是固-液-固(SLS)形核和氣-液-固(VLS)生長(zhǎng)的聯(lián)合生長(zhǎng)機(jī)理.在晶核形成階段,石墨(S)中的C在助溶劑(L)中溶解,其中的Fe(Ni)增大了熔體中C的溶解度,熔體中Si和C以SLS模式形成SiC晶核(S);在晶須生長(zhǎng)過(guò)程中,氣氛中微量的02與Si和C反應(yīng)生成的CO和Si

5、O(V)溶解在晶須頂端液滴(L)內(nèi),在金屬Fe(Ni)的催化作用下,以氣-液-固(VLS)模式沿[111]方向生長(zhǎng)為SiC納米晶須(S).以NiSi熔體為助溶劑的反應(yīng)溫度較低的的試樣,由于同石墨基板的浸潤(rùn)性比較差,被SiC晶須蓬松覆蓋的NiSi熔體呈球狀分布在石墨基板上.在降溫過(guò)程中,反應(yīng)氣氛中未消耗的中間產(chǎn)物CO和SiO,反應(yīng)生成SiO<,2>,并以無(wú)定形態(tài)包覆在先前生成的SiC晶須表面,生成SiO<,2>包覆的SiC晶須.