CN107976410A - 一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法 - Google Patents

一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法，主要包括如下步骤：（1）将被测体块SiC样品置入加热炉，控制光照条件，在室温下观察所述SiC样品的颜色；（2）将所述SiC样品加热至200‑450℃；（3）控制与步骤（1）相同的所述光照条件，观察加热后的SiC样品的颜色，颜色发生显著加深的是6H‑SiC晶型，否则为4H‑SiC晶型。本发明利用4H‑SiC及6H‑SiC禁带宽度差及200‑450℃之间对可见光吸收的差异，通过颜色的变化实现晶型判断，本发明简单便捷，测试成本低且无需昂贵复杂的表征设备。

Description

一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法
技术领域
本发明涉及晶体生长领域，尤其涉及一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法。
背景技术
作为第三代宽带隙半导体材料的一员，相对于常见Si和GaAs等半导体材料，碳化硅材料具有禁带宽度大、载流子饱和迁移速度高，热导率高、临界击穿场强高等诸多优异的性质。基于这些优良的特性，碳化硅材料是制备高温电子器件、高频、大功率器件更为理想的材料。特别是在极端条件和恶劣条件下应用时，SiC器件的特性远远超过了Si器件和GaAs器件。同时SiC另一种宽禁带半导体材料GaN 最好的衬底材料，使用SiC衬底制备的GaN基白光LED发光效率远高于传统的Si及蓝宝石衬底。而SiC由于Si-C双原子层堆垛顺序的不同，存在超过200种的不同构型，目前能够工业化制备体块单晶的只有4H-SiC和6H-SiC。二者之间在禁带宽度及电学、光学性质上存在明显差异，如：4H-SiC的禁带宽度约为3.2eV，而6H为3.0eV， 4H晶型的电学各向异性较6H-SiC更弱。目前大多鉴定的方法为：使用拉曼光谱仪采集能够反映样品结构信息的拉曼光谱，通过与已知不同晶型的SiC的特征光谱进行比对，获知样品晶型结构，但是需要采购价格较为昂贵的表征设备进行鉴定，且表征费用较高，便捷性较差。为此，如果提供一种能够简单低廉且快速判断体块SiC晶型的方案成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种简单便捷，无需昂贵复杂的表征设备即可进行4H和6H-SiC晶型判断的方法；通过利用利用4H-SiC及6H-SiC禁带宽度差及200-450℃之间对可见光吸收的差异，实现晶型判断，由于4H-SiC及6H-SiC的能带宽度均与温度呈现负相关关系，即随着温度的升高其禁带宽度不断减小，此能够引起本征吸收的光波长上限会随着温度不断增大，当温度足够高时，便可引起强烈的可见光吸收，发生明显的颜色变化。室温下4H-SiC的禁带宽度大于6H-SiC，4H-SiC发生肉眼可辨别的颜色变化所需温度高于6H-SiC。因此可以利用该温度差进行4H-SiC和6H-SiC晶型的判断。
为解决现有技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法，主要通过利用利用4H-SiC及6H-SiC禁带宽度差及200-450℃之间对可见光吸收的差异，实现晶型判断，包括如下步骤：
（1）将被测体块SiC样品置入加热炉，控制光照条件，在室温下观察所述SiC样品的颜色；
（2）将所述SiC样品加热至200-450℃；
（3）控制与步骤（1）相同的所述光照条件，观察加热后的SiC样品的颜色，颜色发生显著加深的是6H-SiC晶型，否则为4H-SiC晶型。
进一步的，所述光照条件为：自然光或色温为5500—7200K的白光环境。
进一步的，所述步骤（2）中，所述SiC样品加热至300-400℃。
进一步的，所述步骤（1）中，所述SiC样品为无色SiC。
进一步的，所述无色SiC的总金属杂质含量低于1E17/cm3，B杂质含量低于1E17/cm3，N杂质含量低于1E17/cm3。
本发明的有益效果至少包括：本发明提出了一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法，简单便捷，测试成本低且无需昂贵复杂的表征设备即可进行4H和6H-SiC晶型判断。
附图说明
图1是本发明一个实施例SiC样品的拉曼光谱测试图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更加理解本发明方案，以下将结合附图，对本发明的一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法进行进一步地详细说明。
方法原理：通常入射光的光子能量大于半导体的禁带宽度后，能够引起半导体的本征吸收。即满足以下条件：hv≥Eg，其中，h为普朗克常数，v为入射光频率，hv为入射光光子能量；Eg为被照射材料的禁带宽度。
室温下4H-SiC的禁带宽度为3.2eV左右，约对应波长小于390nm的光可引起4H-SiC的本征吸收；室温下6H-SiC的禁带宽度约为2.9eV，约对应波长小于425nm的光可引起6H-SiC的本征吸收。
通常人眼能够感知到的光的波长范围为400-700nm，即可见光范围。根据上述可知可见光不会引起4H-SiC的本征光吸收，而对于6H-SiC，只有人眼不敏感的低波长可见光能够引起6H-SiC的本征光吸收。因此，通常认为本征的4H-SiC及6H-SiC均为无色透明的。
但4H-SiC及6H-SiC的能带宽度均与温度呈现负相关关系，即随着温度的升高其禁带宽度不断减小。因此能够引起本征吸收的光波长上限会随着温度不断增大，当温度足够高时，便可引起强烈的可见光吸收，发生明显的颜色变化。由于室温下4H-SiC的禁带宽度大于6H-SiC，4H-SiC发生肉眼可辨别的颜色变化所需温度高于6H-SiC，因此可以利用该温度差进行4H-SiC和6H-SiC晶型的判断。
一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法，具体包括如下步骤：
（1）将无色的被测体块SiC样品置入加热炉，在自然光或色温为5500—7200K的白光环境的光照条件下，且在室温下观察所述SiC样品的颜色。
根据本发明的一些实施例，为排除其他光吸收模式的影响，步骤（1）所述的SiC样品为无色SiC，其特点为总金属杂质含量低于1E17/cm3，B杂质含量低于1E17/cm3，N杂质含量低于1E17/cm3。
（2）将所述SiC样品加热至200-450℃，优选的，加热至300-400℃。
（3）控制与步骤（1）相同的所述光照条件，观察加热后的SiC样品的颜色，颜色发生显著加深的是6H-SiC晶型，否则为4H-SiC晶型。
实施例：
一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法，主要包括将SiC样品加热、调整加热温度及观察SiC样品颜色变化，步骤如下：
（1）从市场采购莫桑钻（SiC）一颗，将莫桑钻放置在电阻加热炉上，在自然光照条件的室温下观察该莫桑钻颜色近无色透明；
（2）将该莫桑钻加热至400℃；
（3）在与步骤1相同的光照条件下，再次观察该莫桑钻，颜色变为深黄色；
（4）由于莫桑钻颜色发生肉眼可辨别的显著变化，因此判断为6H-SiC。
另外，该样品经拉曼光谱测试，测试所得光谱如图1所示，经与6H-SiC特征图谱对比，该莫桑钻晶型为6H-SiC。
发明人发现，根据本发明所述的鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法，简单便捷，测试成本低且无需昂贵复杂的表征设备即可进行4H和6H-SiC晶型判断。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (5)

1.一种鉴定工业化体块SiC单晶晶型的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将被测体块SiC样品置入加热炉，控制光照条件，在室温下观察所述SiC样品的颜色；
（2）将所述SiC样品加热至200-450℃；
（3）控制与步骤（1）相同的所述光照条件，观察加热后的SiC样品的颜色，颜色发生显著加深的是6H-SiC晶型，否则为4H-SiC晶型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光照条件为：自然光或色温为5500—7200K的白光环境。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述SiC样品加热至300-400℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，所述SiC样品为无色SiC。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述无色SiC的总金属杂质含量低于1E17/cm3，B杂质含量低于1E17/cm3，N杂质含量低于1E17/cm3。
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