【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及半導體，具體涉及一種pvt法生長高純4h-sic單晶的方法。
技術介紹
1、sic物理化學性能穩(wěn)定，具有禁帶寬、飽和電子遷移率高、擊穿電場強度高、熱導率高等特點，被看作是半導體材料領域最有前景的材料之一。sic晶體也是氮化鎵、碳化硅等外延膜的理想襯底，具有晶格匹配性高、導熱性好等特點。與以si為代表的第一代半導體材料和以gaas為代表的第二代半導體材料相比有著明顯的優(yōu)越性，是制造光電子器件、高頻大功率器件、高溫電子器件理想的半導體材料，目前在白光照明、光存儲、屏幕顯示、航天航空、高溫輻射環(huán)境、石油勘探、自動化、雷達與通信、汽車電子化等方面都有廣泛應用。
2、目前，物理氣相傳輸法(簡稱pvt)為sic單晶的主流生長方法，其具體生長方法為：在坩堝頂部放置籽晶，在坩堝底部添加粉料，將坩堝熱場放置于晶體生長爐內，坩堝底部溫度高，頂部溫度低，通過控制溫度和壓力，使底部粉料逐漸升華，傳輸至頂部籽晶處凝華結晶，從而實現(xiàn)sic單晶的生長。目前該方法已經(jīng)成為行業(yè)的主流方法，并實現(xiàn)了sic的規(guī)模生產。
3、sic晶體結構多樣且不同晶型之間還能互相轉變，最常見的晶型有3c-si?c、4h-sic、6h-sic以及15r-sic，由于晶體結構的差異，不同晶型之間在物理化學特性方面存在略微不同。sic由于不同極性面表面能的影響，在c面表面能較低，更適合成核能更高的4h單晶生長，而si面表面能更高，適合成核能較低的6h單晶生長，但是sic不同晶型之間存在部分重合的生長窗口，這就導致在單晶生長過程中容易出現(xiàn)多型夾雜共生的
4、sic單晶一般有n型導電型和高純半絕緣型，高純半絕緣型sic上生長氮化鎵等外延結構，可以應用于微波通信和雷達領域，另外基于sic上石墨烯的碳電子也需要高純半絕緣sic單晶。但是高純半絕緣sic單晶生長非常困難。這是因為高純半絕緣要求單晶中氮的濃度要小于1e16cm-3，但是由于s?ic單晶生長工藝(物理氣相傳輸法，簡稱pvt法)過程中，所用石墨材料、粉料、保溫材料都屬于有很大表面積的多孔或粉末材料，會吸附大量的氮氣(大氣中氮含量超過78％)，致使制備高純半絕緣sic非常困難，成本居高不下。
5、為了降低氮的摻入，有人采用了在si面生長6h-sic單晶的方法，這是因為在sic籽晶的si面上，氮的摻入更加困難，但是傳統(tǒng)pvt工藝中，無法用si面生長4h-sic單晶，在si面籽晶上一般只能生長6h-sic單晶。但是6h-sic單晶禁帶寬度較4h-sic要小，性能較4h要差一些。針對該問題，本專利技術提出了一種pvt法在si面sic籽晶上生長高純半絕緣4h-sic單晶的方法。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的目的是提供一種pvt法生長高純4h-sic單晶的方法，能夠在保證si面生長4h-sic單一晶型的同時，降低對氮的吸收，達到降本增效的目的。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供了一種pvt法生長高純4h-sic單晶的方法，在pvt法生長sic晶體之前，對sic襯底的si面進行電化學刻蝕預處理，提供更多的成核位點，降低4h在si面成核能，為4h-sic成核生長提供窗口，減少氮元素的吸收，穩(wěn)定高純4h-sic單晶的生長。
3、優(yōu)選的，所述對sic襯底的si面進行電化學刻蝕預處理的具體步驟為：
4、(1)將需預處理的sic襯底的si面裸露，c面遮掩；
5、(2)襯底的c面連接石墨電極用作陽極，陰極選用石墨電極或鉑電極；
6、(3)陽極與陰極對稱放置，將sic襯底置于電解液中，連接電源通電，對襯底的si面進行電化學刻蝕；
7、(4)將電化學刻蝕好的襯底繼續(xù)置于電解液中浸泡，再置于去離子水中浸泡超聲，最后用惰性氣體吹干。
8、優(yōu)選的，所述步驟(2)中，襯底的c面與石墨電極之間通過導電膠粘連或真空吸附連接。
9、優(yōu)選的，所述步驟(3)中，陰極與陽極之間的距離為1-20cm，電源電壓為0-50v，電流為0-500ma。
10、優(yōu)選的，所述步驟(3)中，電解液為hf溶液，濃度為0-60wt％，溫度為0-50℃，電化學刻蝕時間為0-5h。
11、優(yōu)選的，所述步驟(4)中，在電解液中浸泡0-12小時，在去離子水中浸泡超聲0-10小時。
12、優(yōu)選的，所述步驟(4)中，惰性氣體為ar或he。
13、電化學刻蝕的過程基本包括兩個部分：第一部分，刻蝕過程產生空穴，s?ic-電解液界面形成電流，sic被氧化成siox薄膜，第二部分，siox薄膜在電解液中被溶解。電解液種類/濃度、電化學刻蝕時間/溫度、外加輔助條件(例如：紫外光照射、超聲震蕩等等)、負載電壓/電流、電極間距都會影響電化學刻蝕效果。
14、本專利技術的主要方法就是在晶體生長之前，在pvt法生長sic晶體之前，對sic襯底的si面進行電化學刻蝕預處理，電化學刻蝕預處理之后，在si面進行pvt法4h-sic單晶生長。電化學刻蝕預處理的基本原理為：電化學刻蝕能夠在襯底上提供更多的成核位點，降低4h在si面成核能，為4h-sic成核生長提供合適窗口，打破si面只能生長6h-sic，4h-sic只能在c面生長的現(xiàn)狀，充分利用si面生長氮元素更不容易摻入的特點，減少氮元素的吸收，提高單晶生長質量，避免晶界和多型的產生，從而穩(wěn)定高純4h-sic單晶的生長，使高純半絕緣4h-sic的制備更加容易。
15、因此，本專利技術提供了一種pvt法生長高純4h-sic單晶的方法，選擇合適的襯底預處理方案，利用電化學刻蝕降低si面表面成核能，在保證si面生長4h-sic單一晶型的同時，降低了對氮的吸收，達到降本增效的目的。
16、下面通過附圖和實施例，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。
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1.一種PVT法生長高純4H-SiC單晶的方法，其特征在于：在PVT法Si?C晶生長之前，對SiC襯底的Si面進行電化學刻蝕預處理，提供更多的成核位點，降低4H在Si面的成核能，為4H-SiC成核生長提供窗口，減少氮元素的吸收，穩(wěn)定高純4H-SiC單晶的生長。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種PVT法生長高純4H-SiC單晶的方法，其特征在于，所述對SiC襯底的Si面進行電化學刻蝕預處理的具體步驟為：
3.根據(jù)權利要求2所述的一種PVT法生長高純4H-SiC單晶的方法，其特征在于：所述步驟(2)中，襯底的C面與石墨電極之間通過導電膠粘連或真空吸附連接。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種PVT法生長高純4H-SiC單晶的方法，其特征在于：所述步驟(3)中，陰極與陽極之間的距離為1-20cm，電源電壓為0-50V，電流為0-500mA。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種PVT法生長高純4H-SiC單晶的方法，其特征在于：所述步驟(3)中，電解液為HF溶液，濃度為0-60wt％，溫度為0-50℃，電化學刻蝕時間為0-5h。
6.根據(jù)權利要
7.根據(jù)權利要求2所述的一種PVT法生長高純4H-SiC單晶的方法，其特征在于：所述步驟(4)中，惰性氣體為Ar或He。
...【技術特征摘要】
1.一種pvt法生長高純4h-sic單晶的方法，其特征在于：在pvt法si?c晶生長之前，對sic襯底的si面進行電化學刻蝕預處理，提供更多的成核位點，降低4h在si面的成核能，為4h-sic成核生長提供窗口，減少氮元素的吸收，穩(wěn)定高純4h-sic單晶的生長。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種pvt法生長高純4h-sic單晶的方法，其特征在于，所述對sic襯底的si面進行電化學刻蝕預處理的具體步驟為：
3.根據(jù)權利要求2所述的一種pvt法生長高純4h-sic單晶的方法，其特征在于：所述步驟(2)中，襯底的c面與石墨電極之間通過導電膠粘連或真空吸附連接。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種pvt法生長高純4...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：徐永寬，劉俊平，馬文成，齊小方，陳建麗，
申請(專利權)人：天津理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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