碳化硅大面积多片外延生长技术及物性表征.docx

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摘要
碳化硅是半导体及电力电子应用领域的重要材料之一。本文介绍了碳化硅的大面积多片外延生长技术及物性表征。首先，介绍了碳化硅材料基本性质及应用领域。其次，介绍了碳化硅的外延生长技术，重点介绍了多片外延生长技术及其优势。最后，讨论了碳化硅多片外延生长基板的物性表征，包括表面形貌、晶格缺陷和电学性能等。本文旨在为碳化硅材料的研究提供参考。
关键词：碳化硅，外延生长，多片外延，物性表征
Abstract
Silicon carbide is one of the important materials in the fields of semiconductor and power electronics. This paper introduces the technology of large-area multi-wafer epitaxial growth and property characterization of silicon carbide. Firstly, the basic properties and application fields of silicon carbide materials are introduced. Secondly, the epitaxial growth technology of silicon carbide is introduced, focusing on the multi-wafer epitaxial growth technology and its advantages. Finally, the property characterization of silicon carbide multi-wafer epitaxial growth substrate is discussed, including surface morphology, lattice defects and electrical properties. This paper aims to provide reference for the study of silicon carbide materials.
Keywords: Silicon carbide, epitaxial growth, multi-wafer, property characterization
引言
近年来，碳化硅材料在半导体及电力电子应用领域得到了广泛的关注。作为一种新型的半导体材料，碳化硅具有很多优异的性能，如高热稳定性、高电子迁移率、高载流子浓度等，使得它在高温、高压、高功率等应用领域有广泛的应用前景。
为了满足高性能碳化硅器件的制备需求，研究人员一直在不断地探索碳化硅的制备技术。其中，外延生长技术是碳化硅材料的重要制备技术之一，可以制备高品质、大尺寸的碳化硅晶体，为碳化硅器件的制备提供了有力的支撑。
本文将介绍碳化硅的大面积多片外延生长技术及物性表征。首先，将对碳化硅材料的基本性质及应用领域进行介绍；其次，将详细介绍碳化硅的外延生长技术，重点介绍多片外延生长技术及其优势；最后，将对碳化硅多片外延生长基板的物性表征进行讨论。
碳化硅材料的基本性质及应用领域
碳化硅是一种化合物半导体材料，由碳(C)和硅(Si)组成，具有如下的基本性质：1)具有高熔点和高硬度；2)热导率高，热稳定性好，热膨胀系数低；3)电子迁移率高，载流子浓度高，具有较高的击穿电场强度；4)具有较宽的能隙宽度，可实现较高的工作温度和较低的导通电阻率等。
由于碳化硅具有上述优异的性能，已成为各类电子元器件的理想材料之一，尤其在高温、高压、高功率等应用领域得到广泛的应用。例如：功率电子器件、光电器件、微波器件、射频功率放大器等。
碳化硅的外延生长技术
外延生长技术是制备碳化硅材料的重要技术之一。其基本原理是在晶体基底上沉积碳化硅晶体，从而得到高品质、大尺寸的碳化硅晶体。
碳化硅的外延生长技术有多种，如化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)、激光诱导化学气相沉积(LCVD)等。其中CVD是最为常用的外延生长技术，基本原理如下：在高温高压下，化学反应生成气态中间体，通过气相反应在基底上沉积碳化硅晶体。CVD生长技术可以制备大面积、均匀的碳化硅晶体，可用于制备各种器件。
多片外延生长技术是CVD生长技术的一种改进形式，它可以同时生长多个晶体，从而提高生长产能、降低生产成本。多片外延生长技术是在标准的单片外延生长设备基础上改进而成的，其主要原理是在单片晶体基底上沉积多个碳化硅晶体。多片外延生长技术可在单次生长过程中制备多个晶体，提高生产效率。
多片外延生长基板的物性表征
针对多片外延生长技术所生长的碳化硅基板，需要进行表面形貌、晶格缺陷、电学性能等方面的物性表征，以确保其能够满足特定器件的制备需求。
表面形貌表征
多片外延生长技术可以在同一片基底上生长多个晶体，由于每个晶体的生长条件不同，因此不同晶体的表面形貌及质量也不同。为此，需要对多片外延生长基板进行表面形貌的表征，以评估其表面质量及均匀性。
常用的表面形貌表征方法包括原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)等。其中，AFM技术可以得到更高分辨率的表面形貌图像，可以检测到更微小的表面缺陷。
晶格缺陷表征
多片外延生长技术所生长的碳化硅基板中可能存在晶格缺陷，这些缺陷对器件性能会产生很大影响。因此，需要进行晶格缺陷的表征。
常用的晶格缺陷表征方法包括X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、石墨烯增强显微镜(GER)等。其中，XRD技术可检测出多种结构缺陷，如晶格常数变化、失配应变、晶格位错等。
电学性能表征
碳化硅材料的电学性能是其在电子器件应用中重要的性能指标之一。因此，需要对多片外延生长基板进行电学性能的表征。
常用的电学性能表征方法包括电阻率测量、载流子浓度测量、击穿电场测量等。其中，电阻率测量可评估材料的导电性能，载流子浓度测量可评估材料的掺杂浓度和导电性能，击穿电场测量可评估材料的耐电压性能。
结论
本文介绍了碳化硅的大面积多片外延生长技术及物性表征，包括表面形貌、晶格缺陷和电学性能等方面的内容。多片外延生长技术由于其高产能、低成本的优点在碳化硅材料的制备中得到广泛应用。物性表征是评估多片外延生长基板质量的重要手段，可以为特定器件的制备提供良好的基础。