李亚琼，张彦辉，张立峰

(1. 北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京 100083；2. 燕山大学 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北 秦皇岛 066044)

0 引 言

SiC材料是继Si和GaAs之后的第3代半导体材料，具有高热导率、高击穿场强、高化学稳定性等优异性能，是制作高温、高频、大功率、高压及抗辐射电子器件的理想材料，已成为当前全球半导体产业的前沿和制高点[1-2]。

常用的SiC制备方法为PVT[3-5]、HTCVD法[6-7]、分子束外延法(MBE)[8-9]、助熔剂法[10-11]等，其中助熔剂法是目前最高效的SiC晶体生长方法，具有生长温度低、晶内缺陷密度低等显著优点[12-13]。助熔剂晶体生长法主要应用于非同成分熔融晶体、高熔点晶体以及高温易相变晶体的生长，是人工晶体生长常采用的方法之一。该方法最初使用纯Si作为生长溶剂，高纯石墨坩埚兼做碳源，当坩埚内壁溶解进入Si熔体中后逐渐达到C饱和，在浸没Si熔体的低温衬底上外延生长出SiC晶体。Epelbaum等采用该技术获得直径30 mm、厚度10 mm的SiC晶体[14]；Yokimova等研究发现，SiC液相外延技术能有效消除微管缺陷[15]。但在常压体系下，Si熔体中C溶解度仅为0.01%～19%(1685～3103 K)[16]，严重限制了SiC晶体的生长速度(2～7 μm/h)[17]。虽然升高温度可提高硅中C的溶解度，从而改善SiC晶体生长，但高温会造成体系内Si挥发，影响SiC晶体稳定生长。为了降低助熔剂法的操作温度、提高C溶解度，学者尝试向Si中添加Ge、Al、Sc、Tb、Fe等金属形成硅合金，即进行硅合金熔体助熔剂法生长SiC晶体研究。研究发现：(1)硅合金熔体与SiC具有极好的润湿性，利于SiC晶体析出和生长，如Si-Co体系[18]；(2)硅合金可以有效降低SiC晶体析出生长温度，如Si-Al合金中SiC晶体外延生长温度仅为1273 K[19]；……