天然金剛石、合成金剛石都存在較高密度的缺陷，缺陷主要分為位錯(cuò)、孿晶、堆垛層錯(cuò)等。其中位錯(cuò)是最為主要的缺陷之一。天然金剛石的位錯(cuò)密度高達(dá)106-107cm-2，而合成金剛石因?yàn)橹苽浞椒ú煌?，位錯(cuò)密度在10⁶-10⁷cm^-2?；诮饎偸牧线M(jìn)展，越來越多的研究開始關(guān)注金剛石材料的位錯(cuò)表征與分析，探索位錯(cuò)密度降低方法，揭示缺陷對(duì)材料、器件性能的影響。其中利用微波等離子體的選擇性蝕刻可以快速有效的識(shí)別金剛石中的位錯(cuò)類型、密度和分布，是揭示、分析位錯(cuò)的方法之一。

9月13-14日，“2021中國(guó)（南京）功率與射頻半導(dǎo)體技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用峰會(huì)（CASICON 2021）”在南京召開。本屆峰會(huì)由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)主辦，并得到了南京大學(xué)、第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟的指導(dǎo)。

 

會(huì)上，南砂晶圓研發(fā)主任/山東大學(xué)副教授彭燕《碳化硅與金剛石單晶襯底技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化研究》的主題報(bào)告。報(bào)告中介紹，利用MPCVD方法，采用H₂和H₂/O₂氣體刻蝕HTHP Ia、HTHP IIb和MPCVD類型金剛石材料，比較了刻蝕后的表面形貌、刻蝕坑的形成以及刻蝕速率，結(jié)果顯示刻蝕速率ER（MPCVD）>ER（HTHP Ib）>ER（HTHP IIa）。

在H₂等離子體中，MPCVD樣品刻蝕活化能44.04±3.05kcal/mol；O/H~2%氣氛下，HTHP Ib活化能數(shù)值68.18±6.4kcal/mol，MPCVD活化能數(shù)值59.4±5.479Kcal/mol，HTHP IIa活化能數(shù)值48.122+2.89Kcal/mol。結(jié)果氧氣加入后，刻蝕坑形貌由規(guī)則的倒金字塔形狀變得不再規(guī)則，且刻蝕坑的深度和尺寸隨著O₂/H₂比例的增加也在增大，即氧氣的參與加快了刻蝕速率，增大了刻蝕活化能。利用XPS進(jìn)一步分析了微波等離子體刻蝕不同類型金剛石晶體后的化學(xué)元素結(jié)合狀態(tài)以及刻蝕過程中化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理，結(jié)果表明不同類型的金剛石材料活化能差異與氮元素的存在有關(guān)。

并且，通過等離子體刻蝕后的刻蝕坑形貌發(fā)現(xiàn)有兩類缺陷存在，一類是由于襯底表面狀態(tài)和拋光步驟引入的缺陷，一類是襯底內(nèi)部固有的缺陷。金剛石表面由于研磨等加工步驟會(huì)引入表面損傷。結(jié)果顯示等離子體刻蝕法是有效評(píng)價(jià)金剛石表面加工質(zhì)量的方法。

 

彭燕，凝聚態(tài)物理博士，山東大學(xué)副教授/博士研究生導(dǎo)師，廣州南砂晶圓半導(dǎo)體技術(shù)有限公司研發(fā)中心主任。主要從事寬禁帶半導(dǎo)體材料研究工作，重點(diǎn)研究SiC、金剛石材料的制備、表征及應(yīng)用研究，先后主持/參與國(guó)家基礎(chǔ)研究計(jì)劃、973、核高基及自然科學(xué)基金項(xiàng)目等10余項(xiàng)，發(fā)表SCI論文40余篇，申請(qǐng)/授權(quán)專利近30項(xiàng)。