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退火对6H-SiC晶体的光学性质及光致发光的影响

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第３９卷第５期　ＶＯ１．３９　ＮＯ．５　红外与激光工程　

Ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｎｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２ＯｌＯ年１０月　０Ｃｔ．２０１０　

退火对６Ｈ．ＳｉＣ晶体的光学性质及光致发光的影响　

马峥　，连洁　，王青圃　，马跃进　，宋平　，高尚　，吴仕梁　，　

王晓　，徐现刚　，李娟　

（１．山东大学信息科学与工程学院，山东济南２５０１００；　

２．山东大学晶体材料国家重点实验室，山东济南２５０１００）　

摘　要：利用双光束分光光度计对高温退火前后的掺氮和未掺杂６Ｈ—ＳｉＣ晶体的透射及反射谱　

进行了分析，发现无论退火前后，两种ＳｉＣ晶体在紫外区均存在强烈的吸收。在可见和近红外区，尤其　

是未掺杂ＳｉＣ样品具有很高的透射率，退火后，两种样品的透射率均明显提高。利用荧光分光光度计　

研究了退火前后样品的光致发光特性，结果表明：在３９０　ｎｍ　Ｘｅ灯激发下，两种样品在４１７　ｎｍ和　

４３６　ｎｍ处均可观察到蓝光发射．４１７　ｎｍ处的发光归结于Ｃ簇的发光．４３６　ｎｍ处的发光机理为从晶粒　的核心激发载流子转移到晶粒表面，并与其上的发光中心辐射复合；同时，掺氮ＳｉＣ在５７５　ｎｍ处还存　

在发光峰，为氮掺入后引起的非晶ＳｉＣ的发光，在３２５　ｎｍ　Ｘｅ灯激发下，５２５　ｎｍ处存在发光峰，其详　

细发光机制有待进一步研究。　

关键词：６Ｈ—ＳｉＣ晶体；　光学性质：　光致发光　

中图分类号：ＴＮ３０４．２；０７３４＋．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—２２７６（２０１０）０５—０８７９—０４　

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　

ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ｏｆ　６Ｈ－ＳｉＣ　ｃｒｙｓｔａｌ　

ＭＡ　Ｚｈｅｎｇ　，ＬＩＡＮ　Ｊｉｅ　，ＷＡＮＧ　Ｑｉｎｇ—ｐｕ，ＭＡ　Ｙｕｅ－ｊｉｎ　，ＳＯＮＧ　Ｐｉｎｇ　，ＧＡＯ　Ｓｈａｎｇ　，　

ＷＵ　Ｓｈｉ—ｌｉａｎｇ　，ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏ　，ＸＵ　Ｘｉａｎ—ｇａｎｇ　，ＬＩ　Ｊｕａｎ。　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ　２５０１００，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ　２５０１００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｏｕｂｌｅ　ｂｅａｍ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　６Ｈ－ＳｉＣ　

ｃｒｙｓｔａｌ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ．Ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｂｏｔｈ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳｉＣ　

ｃｒｙｓｔａｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　ｒｅｇｉｏｎ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ａ　ｓｔｒｏｎｇ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｗｈｅｒｅａｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｉｓｉｂｌｅ　ａｎｄ　ｎｅａｒ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　

ｒｅｇｉｏｎ，ｔｈｅ　ｎｏｎ—ｄｏｐｅｄ　ＳｉＣ　ｓａｍｐｌｅ　ｈａｄ　ａ　ｈｉｇｈ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ．Ａｆｔｅｒ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ，ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｗｏ　

ｓａｍｐｌｅｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｅｘｃｉｔｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　３９０　ｎｍ　ｌｉｎｅ　ｏｆ　ａ　

Ｘｅ　ｌａｍｐ，ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ａ　ｂｌｕｅ　ｄｏｕｂｌｅ—ｐｅａｋ（４１７　ａｎｄ　４３６　ａｍ）ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｂｏｔｈ　

ｓａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅ　４１７　ｎｍ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　Ｃ　ｃｌｕｓｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　４３６　ｎｍ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｗａｓ　ａｔｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　

ｒａｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｅ　ｃａｒｒｉｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｅｘｃｉｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳｉＣ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｔｏ　

收稿日期：２００９—１２—１４；修订日期：２０１０—０ｌ一２２　基金项目：山东大学晶体材料国家重点实验室开放课题资助项目　作者简介：马峥（１９８６一），男，江苏徐州人，硕士生，主要从事光电材料与器件的研究。Ｅｍａｉｌ：ｍａｘ＿ｚｅｓｔ＠１６３．ｃｏｍ　导师简介：连洁（１９６４一），女，山东济南人，教授，博士生导师，主要从事光电探测器、半导体材料光学性质、量子阱超晶格材料特性　和非线性光学等方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｌｉａｎｊｉｅ＠ｓｄｕ．

ｅｄｕ．ｃａ　８８Ｏ　红外与激光工程　第３９卷　

ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ　ｃｅｎｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＳｉＣ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｎｉｔｒｏｇｅｎ—ｄｏｐｅｄ　ＳｉＣ　

ｓｈｏｗｅｄ　ａ　ｐｅａｋ　ａｔ　５７５　ａｍ，ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｏｆ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ＳｉＣ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｎｉ￣ｏｇｅｎ　ｄｏｐｉｎｇ．　

Ａｎｏｔｈｅｒ　ＰＬ　ｐｅａｋ　ａｔ　５２５　ｎｍ　ｍａｙ　ｏｃｃｕｒ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　３２５　ｎｍ　ｌｉｎｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｘｅ　ｌａｍｐ，ｗｈｏｓｅ　ｌｉｇｈｔ—　

ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｒｅｍａｉｎｓ　ｔｏ　ｂｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：６Ｈ－ＳｉＣ　ｃｒｙｓｔａｌ；　Ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　

０引言　

随着第一代和第二代半导体器件的应用趋于极　限，ＳｉＣ作为新一代半导体材料，其大的饱和电子漂　

移速度、高热导率、低介电常数、稳定的化学性质等优　

点在大功率、高频、耐高温和抗辐射器件等方面具有　

重要的应用价值【　，同时，ＳｉＣ是宽禁带（２．３～３．３　ｅＶ）　半导体材料，可在室温下实现蓝光的受激发射阁，但是，　

作为一种间接带隙半导体，其发光效率不高，因此，如何　

改善发光特性、调整发光峰位以及提高发光效率一直　

以来都是研究的热点．而ＳｉＣ的一些基本光学性质　（如近红外波段的透射谱、反射谱等）的研究报道并不　

多见。文中利用双光束分光光度计分析了掺氮和未掺　

杂６Ｈ．ＳｉＣ两种样品的紫外一近红外波段的透射及反　

射谱．用荧光光谱仪测试分析了两种样品的光致发光　

（ＰＬ）谱，样品退火后重复以上实验，分析了退火对透　射率、反射率及ＰＬ特性的影响。　

１样品及实验　

实验所用的掺氮和未掺杂６ＨＩｓｉＣ单晶由山东大学　

晶体材料国家重点实验室提供，样品为垂直方向［０００１】　切割的晶片，双面抛光，厚度为０．５　ｍｍ。未掺杂样品无　

色透明；掺氮样品呈绿色，透明度低于未掺杂样品，掺杂　浓度为１０　ｃｍ　。测量前，利用超声波清洗对两种样品　

进行处理，去除表面杂质，实验在室温下进行。　

采用ＨＩＴＡＣＨＩ公司型号为Ｕ　４１００的双光束　

Ｕｖ－Ｎ　分光光度计对两种样品的透射谱及反射谱进　行测量。该仪器波长范围为１８５～３　２００　ａｍ；波长精度　

为０．２　ｎｍ（ＵＶ－Ｖｉｓ），±１．０　ｎｍ（ＮＩＲ）；光谱精度为土０．３％Ｔ；　稳定性为０．０００　４　ＡＢＳ（３４０　ｎｍ）；测量波长范围为　

２００～３　０００　ｎｍ。谱图如图ｌ～图４所示。　用ＦＬＳ９２０荧光光谱仪测试样品的光致发光　

（ＰＬ）谱，如图５所示。　

将两种样品在氩气中经ｌ　０５０。Ｃ退火３０　ｍｉｎ．　

退火后重复上述实验。　２实验结果与分析　

２．１透射谱及反射谱　

从图１和图２中可以看出．两种ＳｉＣ样品对波长　

小于３９０　ｎｍ的紫外辐射存在强烈的吸收，透射率几　

乎为零：而对于波长大于３９０　ｎｍ的辐射，透射率则迅　

速上升。图ｌ中的掺氮ＳｉＣ样品透射谱曲线呈双峰　

型，在约为６２６　ｎｍ处存在一个吸收峰，这是一个典型　

的与氮相关的吸收，退火后的峰位没有变化。５００　ｎｍ　

和８７０　ｎｍ处透射率达到最大，８７０　ｎｍ后存在一个范　

围很大的吸收带．透射率开始下降，２　０００　ｎｍ后的透　

射率已不足５％，在５００～ｌ　５００　ｎｍ的波长范围内，退　

火对该样品透射率的影响最大．最大处提高了约　

２０％。图２中，退火前的非掺杂ＳｉＣ样品在５００　ｎｍ后　

的透射率曲线趋于平稳．退火后的样品透射率在５００～　

ｌ　８００　ｎｍ范围内显著提高，最大处提高了约２６％。　

图１掺氮ＳｉＣ透射谱　Ｆｉｇ．１　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｄｏｐｅｄ　ＳｉＣ　

Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｒｉｍ　

图２未掺杂ＳｉＣ透射谱　Ｆｉｇ．２　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｄｏｐｅｄ　Ｓｉ

Ｃ　第５期　马峥等：退火对６Ｈ—ＳｉＣ晶体的光学性质及光致发光的影响　８８１　

从图３中可以看出，退火前的掺氮ＳｉＣ在紫外一　

近红外波段几乎不存在反射，退火后，反射率得以提　

高，但仍然很低，整体小于１０％。　

Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ／ｎｍ　图３掺氮ＳｉＣ反射谱　Ｆｉｇ　３　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ—ｄｏｐｅｄ　ＳｉＣ　

图４中．退火前的未掺杂ＳｉＣ反射率在紫外区从　

４６％迅速下降，在４００　ｎｍ后趋于稳定，保持在２０％左　

右；退火后，反射率下降，与掺氮ＳｉＣ退火后反射率的　

变化不同。　

图４未掺杂ｓｉｃ反射谱　Ｆｉｇ．４　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｄｏｐｅｄ　ＳｉＣ　

图２中．未掺杂ＳｉＣ退火前在２　ｌ１９　ｎｍ、２　５２９　ｎｍ　

和退火后在２　６４１　ｎｍ处以及图４中该样品退火前在　

２　３９９　ｎｍ处各有一个非常尖锐的谱峰，峰值异常高，这　

几个谱峰形成的原因尚不清楚，是由样品本身的性质　

还是由外部原因造成的，有待进一步研究分析确定。　

２．２光致发光谱　

激发波长为３９０　ｎｍ。未掺杂样品退火前ＰＬ无明　

显发光峰，未给出。图５和图６掺氮样品退火前后的ＰＬ　

谱图，图７为未掺杂样品退火后的ＰＬ谱。对比图５和　

图６可以看出。ＰＬ谱在波长为４１７　ｎｍ、４３６　ｎｍ、以及５７５　ｎｍ附近均有较宽的谱峰带，退火后样品发光峰值的位　

置并没有移动，只是强度有所变化，说明发光中心缺陷　

的种类没有改变，改变的是发光中心的数目。４１７　ｎｍ和　

４３６　ｎｍ附近这两个相近的蓝光发射，它们的起源　图５掺氮样品退火前ＰＬ谱　Ｆｉｇ．５　ＰＬ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ—ｄｏｐｅｄ　ｓａｍｐｌｅ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　

图６掺氮样品退火后ＰＬ谱　Ｆｉｇ　６　ＰＬ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ—ｄｏｐｅｄ　ｓａｍｐｌｅ　ａｎｎｅａｌｅｄ　

图７未掺杂样品退火后ＰＬ谱　Ｆｉｇ．７　ＰＬ　ｓｐｅｃｔｒａ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｄｏｐｅｄ　ｓａｍｐｌｅ　ａｎｎｅａｌｅｄ　

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碳化硅晶圆 微波退火

碳化硅晶圆 微波退火

碳化硅晶圆 微波退火

碳化硅晶圆微波退火

引言

碳化硅（SiC）是一种具有优异物理和化学性质的半导体材料，广泛应用于功率电子和高温电子器件中。在制备碳化硅晶圆时，微波退火是一种常用的工艺方法，可以显著提高晶圆的质量和性能。

一、碳化硅晶圆的特性

碳化硅具有优异的热导率、高击穿场强、高韧性和化学稳定性等特点，是一种理想的半导体材料。它在高温、高频和高电压环境下表现出良好的稳定性和可靠性，因此被广泛应用于电力电子、光电子和传感器等领域。

二、微波退火的原理

微波退火是利用微波的高频电磁场对材料进行加热处理的一种方法。碳化硅晶圆在微波场中，由于其特殊的电磁性质，能够吸收微波能量并迅速转化为热能，从而使晶圆表面温度升高。微波退火过程中，晶圆的表面温度升高，而内部温度相对较低，形成了温度梯度。这种温度梯度可以改变晶圆的晶体结构和电学性能，从而提高晶圆的质量和性能。

三、微波退火的优势

与传统热处理方法相比，微波退火具有以下优势： 1. 加热速度快：微波能量可以直接被材料吸收，无需通过传导或对流传热，因此加热速度较快。

2. 温度均匀性好：微波能量可以均匀地分布在晶圆表面，使得晶圆的温度均匀性得到提高。

3. 能耗低：由于微波能量可以直接被材料吸收，不会产生大量的热损耗，因此能耗较低。

4. 环境友好：微波退火过程中不会产生有害气体和废水，对环境污染小。

四、微波退火的应用

微波退火在碳化硅晶圆制备中具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：

1. 晶圆质量改善：微波退火可以消除晶圆中的缺陷和应力，提高晶圆的结晶质量和晶界结构。

2. 电学性能提高：微波退火可以改善碳化硅晶圆的电学性能，提高载流子迁移率和击穿电压等指标。

3. 表面改性：微波退火可以在碳化硅晶圆表面形成一层氧化膜，提高晶圆的表面质量和耐腐蚀性。

4. 结构调控：微波退火可以改变碳化硅晶圆的晶体结构和晶粒尺寸，实现对晶圆性能的调控和优化。

结论

退火对掺钒半绝缘4H-SiC晶片质量影响的研究

退火对掺钒半绝缘4H-SiC晶片质量影响的研究

１９４　电子工艺技术　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２０１３年７月第３４卷第４期　

退火对掺钒半绝缘４Ｈ—ＳｉＣ晶片质量影响的研究　

王利忠，王英民，李斌，毛开礼，徐伟，侯晓蕊　

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原０３００２４）　

摘要：通过物理气相传输（ＰＶＴ）法成功地生长出直径大于７．６２　ｃｍ的掺钒半绝缘４Ｈ—ＳｉＣ晶体。抛光后的　

掺钒半绝缘４Ｈ—ＳｉＣ晶片在真空且温度１　６００℃～２　０００℃条件下进行退火处理，利用高分辨ｘ—ｒａｖ衍射仪、显微　

拉曼光谱仪、非接触电阻率测试仪和应力仪对退火前后的晶片进行了测试与分析，研究了退火工艺对掺钒半绝　

缘４Ｈ—ＳｉＣ晶片应力的影响，并且得到了合适的退火工艺。结果表明：合适的退火处理有利于进一步提高晶片的　

质量。　

关键词：掺钒半绝缘４Ｈ—ＳｉＣ；物理气相传输法；退火；应力　

中国分类号：０７７１；０７８２文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—３４７４（２０１３）０４—０１９４—０３　

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｎ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｖａｎａｄｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ　

Ｓｅｍｉ－ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　４Ｈ－ＳｉＣ　Ｗａｆｅｒ　

ＷＡＮＧ　Ｌｉ－ｚｈｏｎｇ．ＷＡＮＧ　Ｙｉｎｇ－ｍｉｎ，ＬＩ　Ｂｉｎ，ＭＡＯ　Ｋａｉ－ｌｉ．ＸＵ　Ｗｅｉ，ＨＯＵ　Ｘｉａｏ．ｒｕｉ　

ｌ　Ｎｏ．２　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｇｒｏｕｐ　ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４．Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：７．６２　ｃｍ　ｖａｎａｄｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ　ｓｅｍｉ－ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ＩＤＶＳＩ）４Ｈ－ＳｉＣ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｉｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｂｙ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　

ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ＩＰＶＴ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｗａｆｅｓ　０ｆ　４Ｈ．ＳｉＣ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｗｅｒｅ　ａｎｎｅａｌｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒａｎｇｅｓ　ｂｅｔｗｅｅｎ　１　６００℃ａｎｄ　２　ＤＯ０℃．　

碳化硅和二氧化硅的晶体转变

碳化硅和二氧化硅的晶体转变

碳化硅和二氧化硅的晶体转变

碳化硅和二氧化硅是两种常见的无机材料，它们具有不同的晶体结构和性质。在高温下，这两种材料都会发生晶体转变，这对于材料的应用和研究具有重要意义。

碳化硅是一种具有高硬度、高强度、高耐磨性和高耐腐蚀性的陶瓷材料。它的晶体结构可以分为两种：4H-SiC和6H-SiC。其中，4H-SiC具有更高的热稳定性和更好的电学性能，因此在高温电子器件和光电器件中得到广泛应用。而6H-SiC则具有更好的机械性能和热导率，适用于高温结构材料和热管理器件。

在高温下，碳化硅会发生晶体转变，从4H-SiC向6H-SiC转变。这种转变是由于晶格中的缺陷和位错的运动引起的。在转变过程中，晶体的结构和性质会发生变化，从而影响材料的性能和应用。因此，对碳化硅的晶体转变进行研究和控制具有重要意义。

二氧化硅是一种广泛存在于自然界中的无机材料，具有良好的化学稳定性和热稳定性。它的晶体结构可以分为三种：α-Quartz、β-Quartz和Cristobalite。其中，α-Quartz是最常见的一种，具有高的硬度和透明度，广泛应用于光学和电子器件中。而β-Quartz和Cristobalite则具有更高的热稳定性和更好的机械性能，适用于高温结构材料和热管理器件。

在高温下，二氧化硅也会发生晶体转变，从α-Quartz向β-Quartz或Cristobalite转变。这种转变是由于晶格中的缺陷和位错的运动引起的。在转变过程中，晶体的结构和性质会发生变化，从而影响材料的性能和应用。因此，对二氧化硅的晶体转变进行研究和控制也具有重要意义。

总之，碳化硅和二氧化硅的晶体转变是材料科学和工程领域中的重要问题。通过对晶体转变机制和控制方法的研究，可以提高材料的性能和应用范围，促进材料科学和工程的发展。

碳化硅晶圆 微波退火 2

碳化硅晶圆 微波退火 2

碳化硅晶圆微波退火

简介

碳化硅（Silicon Carbide，SiC）是一种广泛应用于半导体、光电子、电力电子等领域的材料。碳化硅晶圆是制造碳化硅器件的重要基板。在制造碳化硅晶圆过程中，微波退火是一种常用的工艺，能够显著提高晶圆的电学性能和结构性能。

微波退火原理

微波退火是利用微波辐射加热晶圆，通过晶圆内部的电导和介电损耗转化为热能，使晶圆的温度升高，从而改善晶圆的性能。微波退火具有以下特点： 1. 高效加热：微波能量能够直接转化为热能，使得退火过程更加高效。 2. 均匀加热：微波能够均匀地穿透晶圆，使得晶圆内部和表面的温度分布均匀。 3. 快速冷却：微波加热后，停止加热即可实现快速冷却，节约退火时间。

碳化硅晶圆微波退火工艺

碳化硅晶圆微波退火工艺主要包括以下几个步骤：

1. 准备工作

在进行微波退火之前，需要对晶圆进行准备工作： - 清洗晶圆：将晶圆放入去离子水中，去除表面的杂质和污染物。 - 干燥晶圆：将清洗后的晶圆放入烘箱中，进行干燥处理，保证晶圆表面干燥。

2. 加热处理

将准备好的晶圆放入微波退火设备中，进行加热处理： - 设置加热参数：根据晶圆的要求和设备的特点，设置合适的加热参数，包括微波功率、退火时间和退火温度等。 - 加热过程：启动微波退火设备，将微波能量传输到晶圆中，使其加热。晶圆内部的电导和介电损耗将转化为热能，提高晶圆的温度。 - 温度控制：通过温度传感器对晶圆的温度进行实时监测和控制，确保退火温度在设定范围内。

3. 冷却处理

加热处理完成后，进行快速冷却： - 停止加热：关闭微波退火设备，停止加热。

- 冷却过程：利用冷却装置对晶圆进行快速冷却，以防止晶圆过热和晶圆结构的变化。

4. 检测和分析

对退火后的晶圆进行检测和分析，评估晶圆的性能和质量： - 电学性能测试：通过电学测试仪器测量晶圆的电阻率、电容率等电学性能指标，评估晶圆的导电性能。 - 结构性能分析：利用显微镜、扫描电子显微镜等设备观察晶圆的表面形貌和内部结构，评估晶圆的结构性能。