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碳化硅掺杂
碳化硅在掺杂和电阻率控制方面具有显著优势，对于杂质掺入与晶型之间关系的理解需进一步加深，本文分述如下：
碳化硅晶体的掺杂与生长
掺杂对6H-SiC基矢面位错演化的影响
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碳化硅晶体的掺杂与生长
在碳化硅（SiC）晶体的生长过程中，掺杂是一项关键技术，它直接影响晶体的电学性能和最终器件的性能。以下是对碳化硅晶体掺杂与生长的详细分述：
氮掺杂在碳化硅晶体生长中的应用
溶液生长中的氮掺杂：通过在溶液的生长气氛（通常为氦气）中添加氮气，可以轻松地实现碳化硅晶体溶液生长中的氮掺杂。研究者已经成功地在4H-SiC的顶部籽晶液相生长中，使用优化的生长条件生长出氮浓度高达1.1×1020cm-3且电阻率为3×103Ω·cm的4H-SiC晶体。
这一过程中，使用了硅-钛溶剂，在2213K的温度下，常压下使用氦和氮的混合气体进行氮掺杂，其中混合气体中的氮含量为0.17~0.5vol%。然而，溶液生长过程中的氮掺入机制仍需要进一步研究。
物理气相沉积生长中的氮掺杂：在物理气相沉积（PVD）生长过程中，氮掺杂同样重要。研究者通过使用具有较低蒸气压的铝化合物（如Al4C3）作为铝的掺杂原材料，并结合氮施主共掺杂，成功地获得了均匀掺杂的P型4H-SiC晶体，其空穴浓度高于1×1020cm-3。
这一过程中，通过优化生长条件，特别是原材料和掺杂材料之间的温差，实现了对掺杂浓度的精确控制。
铝掺杂在碳化硅晶体生长中的应用
P型碳化硅晶体的制备：双极碳化硅器件的制造需要使用低电阻率的P型碳化硅晶体。然而，由于很难获得低电阻率的P型晶体，因此仍然没有实现商用。为了解决这个问题，研究者们采用了多种方法，如使用高纯度的金属铝作为铝掺杂的前体进行PVD生长，但存在掺杂不均匀和晶体缺陷密度较高的问题。为了解决这些问题，研究者们采用了两区PVD生长反应腔和具有较低蒸气压的铝化合物（如Al4C3）作为掺杂原材料，成功地获得了均匀掺杂的P型4H-SiC晶体。
溶液生长中的铝掺杂：溶液生长是另一种制备低电阻率P型4H-SiC晶体的方法。在碳化硅晶体的溶液生长过程中，铝的加入可以抑制生长表面的台阶聚束，这是碳化硅溶液生长中的主要问题之一。通过溶液生长法，研究者们已经成功地获得了低电阻率（35×10-3Ω·cm）的P型4H-SiC晶体。
碳化硅晶体的晶型稳定性与掺杂的关系
氮掺杂对晶型稳定性的影响：大量的氮掺杂会使4H晶型不稳定，并且即使使用4H-SiC作为籽晶，生长的P型晶体中也总是含有6H晶型夹杂物。为了缓解这一问题，研究者们提出了通过将氮施主共掺杂到铝掺杂的P型4H-SiC晶体中的方法。氮施主的共掺杂可以使4H晶型得到稳定，从而获得具有较低电阻率和较高空穴浓度的P型4H-SiC晶体。
高温处理对晶型稳定性的影响：对于垂直型功率器件而言，要求使用电阻率低至n×10-3Ω·cm的碳化硅衬底晶体。然而，即使可以制备具有超低电阻率的N型4H-SiC晶体，但具有如此低电阻率的碳化硅衬底仍然无法商业获取。这是由于在高温处理期间氮的大量掺入会导致4H-SiC晶体结构的不稳定。据报道，这些晶体在超过1373K温度下的退火过程中会发生结构变化，这归因于高温处理期间堆垛层错（SSFs）和双层堆垛层错（DSSFs）的形成和扩展引起的4H至3C晶型的转变。
这种晶型转变不仅影响衬底晶体的电学性质，还会严重降低其几何参数，如衬底的平坦度等。
碳化硅晶体的掺杂与生长是一个复杂的过程，涉及多种因素和技术。未来的研究应致力于进一步揭示掺杂机制、优化生长条件、提高晶体的稳定性和均匀性，以满足不同应用领域对碳化硅材料性能的需求。
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掺杂对6H-SiC基矢面位错演化的影响
在6H-SiC单晶中，掺杂类型对基矢面位错的演化具有显著影响。通过光学显微镜观察蚀刻后的N型和P型掺杂衬底，我们可以发现一些有趣的现象，并据此对位错的演化机理进行深入探讨。
实验观察得，在掺杂浓度为1016至1019cm-3的范围内，P型掺杂的6H-SiC晶体中基矢面位错的密度非常低，甚至在某些情况下完全不存在。相比之下，N型掺杂的晶体中则观察到大量的基矢面位错，即使在低掺杂浓度下也是如此。这些位错通常具有不对称的形状，并显示出明显的衬底成分。
位错分析
为了进一步研究掺杂对位错演化的影响，我们制备了P型/N型/P型掺杂的6H-SiC晶体（P-N-P掺杂晶体），并与分别生长的纯P型和纯N型掺杂晶体进行对比。通过蚀刻和显微镜观察，我们发现：
位错密度变化：在第一P型掺杂区中，基矢面位错的密度非常低。进入N型掺杂区后，位错密度急剧增加。在第二P型掺杂区中，位错密度再次急剧减小。这表明N型掺杂对基矢面位错的稳定性有显著影响。
位错类型比例：基矢面位错密度与总位错密度（包括基矢面位错、刃型位错和螺旋位错）的比值在N型掺杂区域中最高。在P型掺杂区域中，刃型位错是主要的位错类型。
摇摆曲线分析：通过高能X射线衍射（HE-XRD）测量（0006）反射的摇摆曲线，我们发现P-N-P掺杂区域中的半峰全宽（FWHM）相同，这表明这些区域中的总位错密度是相同的。然而，位错类型分布存在差异。
尽管P型掺杂区域的基矢面位错密度较低，但并不完全为零。这可能是由于晶体的弯曲生长界面以及切割过程中可能引入的N型夹杂物导致的。此外，P型和N型掺杂区域之间的界面处也可能出现相当大的基矢面位错。然而，这些因素并不改变整体趋势：N型掺杂显著增加了基矢面位错的密度。
拉曼散射光谱测量显示，在P-N-P掺杂区域之间的过渡区域上没有诱导的晶型转变。HE-XRD测量也表明，不同掺杂区域的晶格间距（d值）没有变化。这进一步支持了我们的结论：掺杂类型主要影响位错的稳定性和类型分布，而对晶格结构本身的影响较小。
结论
掺杂类型对6H-SiC中基矢面位错的演化具有显著影响。N型掺杂增加了基矢面位错的稳定性和密度，而P型掺杂则倾向于减少这类位错。这一发现对于理解SiC材料的微观结构和性能具有重要意义，并可能为优化SiC器件的制备工艺提供指导。未来的研究可以进一步探索掺杂浓度、温度等条件对位错演化的影响，以及如何通过控制掺杂来优化SiC材料的性能。
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