[发明专利]一种碳化硅单晶晶片基平面弯曲的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅单晶晶片的基平面弯曲的测试方法，属于半导体单晶材料测试表征领域。

背景技术

SiC是第三代宽带隙半导体材料的代表，其禁带宽度大、临界击穿电场强度高、载流子饱和迁移速度高、热导率高，并具有极好的化学稳定性和热稳定性，是目前发展最为成熟的第三代宽带隙半导体材料。SiC单晶基于上述优异的物理、化学性质，被认为是制造光电子器件、高频大功率器件、电力电子器件的理想半导体材料，在航空航天、雷达与通信、高温辐射环境、白光照明、汽车电子化等方面有广泛应用。

大尺寸碳化硅单晶常常呈现基平面的摇摆曲线衍射峰位随着单晶直径衍射位置的改变而变化的现象，这种衍射峰位的移动源于基平面弯曲。有人提出基平面弯曲起源于晶体生长过程中的塑性形变。Katsuno等人也提出基平面弯曲归因于倾斜的穿透性位错。其实，物理气相传输法生长的SiC晶体由于温度梯度、籽晶质量与固定、生长工艺、生长容器设计以及晶体加工等原因不可避免的会在晶体内引入较大的应力，这样的应力已经远远超过了SiC临界切应力，由此可能会导致晶面的弯曲。

基平面弯曲是SiC单晶中一类结构缺陷，它不仅恶化了单晶的结晶质量，还阻碍了单晶衬底的应用。前期的研究，使得人们对SiC单晶的基平面弯曲性质有了初步的认识，宁丽娜采用同步辐射白光形貌术透射模式观察到了晶面弯曲现象并通过模拟证实；虽然有相当一部分研究人员对不同SiC单晶的晶向摇摆曲线峰位变化进行了相应的研究，但是至今，基平面弯曲特性在整个衬底的二维分布还不清楚，单晶晶片基平面弯曲的测试表征工作有待完善。

发明内容

针对单晶生长工艺和高性能器件制备的需求，为全面了解SiC单晶晶片的基平面弯曲特性，本发明提供了一种碳化硅单晶晶片基平面弯曲的测试方法，该测试方法主要利用高分辨X射线衍射技术，对样品表面六个直径方向进行了摇摆曲线的扫描测试；通过测定碳化硅单晶晶片六个直径方向上衍射晶面的摇摆曲线、分析衍射峰位的变化趋势并借助Matlab软件三维模拟，即可获得大直径4H-SiC单晶晶片的基平面弯曲特性。

本发明的技术方案如下：

一种碳化硅单晶晶片基平面弯曲的测试方法，其特征在于：

一，选择碳化硅单晶表面的六个直径方向；

二，根据所选六个直径方向对碳化硅单晶表面进行摇摆曲线扫描，获得衍射峰位与衍射位置，将获得的衍射峰位与衍射位置进行处理得到摇摆曲线衍射峰位沿各直径方向的分布曲线；

三，根据摇摆曲线衍射峰位沿各直径方向的分布曲线，对获得的六个径向方向的衍射峰位进行拟合处理，拟合处理后获得基平面弯曲三维示意图；

四，根据基平面弯曲三维示意图得出基平面的弯曲特性情况，结束测试；

当碳化硅单晶晶片存在晶面弯曲时，实际测试衍射峰位随着衍射位置的变化而发生改变，因此根据基平面弯曲三维示意图判断待测样品晶面的凹凸弯曲。

所述碳化硅单晶片是采用物理气相传输法制备得到。

所选择碳化硅单晶表面的六个直径方向之间可以均相邻30°，比如分别选择0°、30°、60°、90°、120°、150°的直径方向。

根据六个直径方向所得对应的晶向分别为<11-20>、<10-10>、<2-1-10>、<1-100>、<1-210>、<0-110>。

所述扫描可以采用X射线摇摆曲线测试设备，具体可以使用德国布鲁克公司（Bruker）生产的D8 Discover高分辨X射线衍射仪，该设备主要由X射线发生器、测角仪、X射线探测器、测量电路、控制操作系统与分析处理装置组成。

所述对获得的衍射峰位与衍射位置进行处理，可以通过EXCEL软件，辅助得到摇摆曲线衍射峰位沿各直径方向的分布曲线。

所述拟合处理可以通过Matlab软件实现。

本发明的具体操作步骤如下：

（1）高分辨X射线衍射仪开机，预热20-40分钟；将待测样品放置在高分辨X射线衍射仪的样品台上；

（2）将高分辨X射线衍射仪的扫描类型设为Rocking Curve，固定探测器在2倍晶面布拉格衍射角位置上，开始扫描，使待测样品做旋转，以改变入射角，获得摇摆曲线衍射峰位沿各直径方向的分布曲线并保存；

（3）移动待测样品的X、Y坐标，重复步骤（1）、（2），直至将某一直径方向的点全部测试完；

（4）逆时针旋转相应的角度使得另一测试直径方向转到水平位置，重复步骤（1）、（2）、（3），将待测样品的全部测试点测完；