氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)等為代表的第三代半導(dǎo)體材料，具有高擊穿場強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速率、高抗輻射能力等優(yōu)越性能，是固態(tài)光源和電力電子、微波射頻器件的“核芯”，在半導(dǎo)體照明、新一代移動(dòng)通信、智能電網(wǎng)、高速軌道交通、新能源汽車、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，可望成為支撐信息、能源、交通、國防等發(fā)展的重點(diǎn)新材料，正在成為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)新的戰(zhàn)略高地。
11月15日-17日，2016中國(北京)跨國技術(shù)轉(zhuǎn)移大會(huì)暨第三代半導(dǎo)體國際論壇（以下簡稱“跨國技術(shù)轉(zhuǎn)移大會(huì)”）在北京國際會(huì)議中心舉行，第十三屆中國國際半導(dǎo)體照明論壇并與之同期同地舉行。其中，在11月17日召開的“碳化硅電力電子器件技術(shù)分會(huì)”現(xiàn)場，聚集了來自全球各地頂尖專家，高質(zhì)量報(bào)告密集發(fā)布，亮點(diǎn)十足。
會(huì)上，來自廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院杰出教授馮哲川分享了“n + 4H SiC上的同質(zhì)外延4H-SiC薄膜和深紫外-紫外-可見光的光譜特性”研究報(bào)告。
碳化硅(SiC)是重要的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有良好的物理和化學(xué)特性，如高導(dǎo)熱性、高硬度、高電子遷移率、高擊穿電壓和低導(dǎo)電常數(shù)等，適用于高溫和高壓器件以及傳感器應(yīng)用。碳化硅含有多種類型，其中4H-SiC具有最高電子遷移率和室溫下第二最大能隙，其已實(shí)現(xiàn)大尺寸晶片的量產(chǎn)。
馮哲川表示，4H-SiC在同質(zhì)外延方面的研發(fā)至關(guān)重要。我們對一系列的4H-SiC進(jìn)行系統(tǒng)的深入研究，其為在n+型4H-SiC基底上通過低壓高溫化學(xué)氣相沉積(CVD)法生長不同C:Si比率的同質(zhì)外延薄膜。我們采用多學(xué)科表征技術(shù)研究這些n-型4H-SiC/n+型4H-SiC材料，包括光致發(fā)光譜(PL)、拉曼散射(RS)、橢園偏振光譜(SE)、傅里葉紅外光譜(FTIR)和X-射線光電子能譜(XPS)等。
4H-SiC樣品的低溫(2K)下的PL譜展示了窄的激子譜線、聲子伴線和施主-受主對(DAP)，其提供了微量殘余雜質(zhì)元素的有用信息。可見光的拉曼測量獲得了橫向光學(xué)聲子模（TO），縱光學(xué)聲子模(LO)和來自n+型重?fù)诫s基底的LO聲子與等離子體耦合(LOPC)模。在紫外光325nm激光的激發(fā)下，LOPC模相對于LO聲子的強(qiáng)度極大地減弱，且在深紫外266nm激發(fā)下未出現(xiàn)。
馮哲川表示，由詳盡的理論模擬和光譜線形分析，我們做出了對于薄膜的晶體完美性以及生長過程中隨硅/碳流量比的變化的定量表征。從深紫外拉曼測量還可得知某些同質(zhì)外延4H-SiC薄膜的近表面(大約1 mm)層有較高的缺陷密度或晶體結(jié)構(gòu)完整性較差。
亦進(jìn)行了拉曼深度剖面測量，即沿薄膜生長方向進(jìn)行每間隔0.5 mm的自動(dòng)步進(jìn)測量。通過對LO模的理論模擬，可獲取沿著生長方向約6 mm 厚度的4H-SiC薄膜之載流子濃度的變化即摻雜濃度的分布。這些結(jié)果和實(shí)驗(yàn)理論相結(jié)合的方法具有重要的科學(xué)意義，且適用于碳化硅材料的生長和工業(yè)發(fā)展。
