[发明专利]一种SiC薄膜材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种第三代宽禁带半导体材料制备技术，特别涉及一种SiC薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：(1)提供并清洗单晶Si衬底，并在该单晶Si衬底上设置一碳纳米管层；(2)将设置有碳纳米管层的生长衬底放入HFCVD系统，在碳纳米管层表面形成SiC膜；(3)将步骤(2)形成的衬底放入MOCVD系统，C₃H₈碳化未被碳纳米管覆盖的单晶Si衬底，形成碳化膜；(4)SiH₄和C₃H₈为生长源生长SiC，形成表面平整的SiC薄膜缓冲层；(5)SiH₄和C₃H₈为生长源生长SiC，形成SiC薄膜层。本发明所述方法制得的SiC薄膜材料的晶体质量良好。

技术领域：

本发明涉及一种第三代宽禁带半导体材料制备技术，特别涉及一种SiC薄膜材料的制备方法。

背景技术：

目前,第三代电子材料从正在研究和发展的激烈竞争中脱颖而出,它们将在一段较长的时期内对微电子学和光电子学产生影响,这些材料就是宽带隙(Eg>2.3eV)半导体,它们包括:氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、立方氮化硼(c-BN)、金刚石及其固溶体。

SiC作为第三代宽带隙半导体材料,具有带隙宽、临界击穿场强高、饱和电子漂移速度大等优点,是高温、高频、高功率半导体器件的首选材料,在微电子学领域具有广阔的应用前景。由于SiC的单晶制备技术较复杂,成本较高,所以采用在Si基片上异质外延生长SiC的方法成为了研究的热点。

然而这一方法首要需要解决的是SiC与Si之间存在较大的晶格失配度(约20％)和热膨胀系数差异(8％)。因此,SiC在Si基片上的异质外延制备仍存在困难,还有很多问题需要研究解决。为了减少失配缺陷,常用工艺为先碳化再外延生长，即在生长SiC之前,只引入C源,在Si上先生长一层SiC缓冲层后,然后同时通入Si源和C源生长SiC，尽管如此，SiC外延层和Si衬底界面仍不可避免地存在少量的空洞缺陷，碳化缓冲层质量也不能使得随后的外延为完美的同质外延，SiC薄膜晶体质量仍然不能让人满意。

发明内容：

本发明的目的是提供一种SiC薄膜材料的制备方法，有效提高制得的SiC薄膜材料的晶体质量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种SiC薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)提供并清洗单晶Si衬底，并在该单晶Si衬底上设置一碳纳米管层；

(2)将设置有碳纳米管层的生长衬底放入HFCVD系统，以SiH₄为硅源，H₂作为硅源稀释气体和载气，在碳纳米管层表面形成SiC膜；

(3)将步骤(2)形成的衬底放入MOCVD系统，C₃H₈碳化未被碳纳米管覆盖的单晶Si衬底，形成碳化膜；

(4)SiH₄和C₃H₈为生长源生长SiC，形成表面平整的SiC薄膜缓冲层，之后在H₂气氛下退火；

(5)SiH₄和C₃H₈为生长源生长SiC，之后在H₂气氛下退火，形成SiC薄膜层。

优选地，MOCVD系统内添加外部光源，薄膜生长时使外部光源直接照射衬底。

优选地，碳纳米管层中多个碳纳米管沿着平行于碳纳米管层表面的方向延伸。