该项目属于电子和通信科学技术中的半导体学领域。

    伴随着电子产品的广泛应用，电磁环境对电子产品的安全性和可靠性产生的影响和危害不容忽视。采用光电隔离的方式是解决电磁干扰问题的有效途径，这使人们对研制光控开关器件产生了极大兴趣。SiC半导体材料由于具有宽禁带（对6H-SiC和4H-SiC分别为3.0eV和3.25eV）、高临界击穿电场、高电子饱和漂移速率、高热导率，高化学稳定性等特点，在高温、高频、大功率等领域有着巨大的应用潜力。随着SiC材料和器件的制备工艺的逐渐成熟，SiC光控器件逐渐引起了人们的研究兴趣。2002年，Levinshtein首次报道了2.6kV 4H-SiC紫外光控GTO晶闸管的研究结果。虽然SiC基光控开关业已实现，但由于SiC材料禁带宽，致使SiC光开关只能受控于紫外光源，而紫外光不仅对人体有害，也并非常用的通信光源，这使得SiC光控开关器件的应用遇到了限制。本项目采用窄能隙的Si材料作为光敏层与SiC构成异质结，利用Si薄膜对近红外光的高敏感性，采用适当的异质结结构，开发近红外高响应的SiC基器件，以期更好地实现SiC器件的直接光控，具有重要的科学意义和潜在的实用价值，将有力的推进SiC基异质结在微电子器件、电力电子器件、新型光电子器件中的应用。

    按照两种材料晶格常数的失配程度，异质结可分为即匹配型和失配型异质结两类。前者以GaAs/Ge为代表，后者以Ge/Si为代表。而我们重点关注的Si/SiC异质结则属于大失配异质结，其失配度远大于Ge/Si异质结，制备难度更高。由于失配度更高，大失配度异质结会在界面处产生位错阵列以释放应力，故该类异质结的表征特点也和一般异质结不同，不仅仅要对残余失配应力进行分析，也要表征其位错密度和分布。而异质结不同的生长取向，其应力大小和分布又各不相同，所以，亟需一整套系统的表征方法来对该类异质结进行分析表征。

    本项目深入研究了超大失配度异质结的择优取向机制和表征方法问题，探索其生长模式，以期改善该类异质结的可实用性。研究以Si/SiC大失配度异质结为例，建立了一套兼顾宏观结构和微观缺陷分析、适用于几乎所有的大失配度异质结的表征方法。该方法不仅能够快速准确地建立异质结界面结构三维模型，确定生长模式，还能够观察界面悬挂键，确定悬挂键密度和分布，这对于异质结的光学、电学性能都至关重要。主要研究内容如下：

    1）建立并优化了Si/SiC异质结制备工艺。控制异质结的生长取向，在SiC衬底上制备高度择优取向的Si/SiC异质结，减少Si薄膜中、异质结界面处的结构缺陷，提高异质结晶体质量。

    2）建立了一套兼顾宏观结构和微观缺陷分析的大失配度异质结表征方法；基于该方法，一方面，建立Si/SiC异质结三维结构模型，分析该类异质结的生长模式；另一方面，对Si/SiC异质结界面和Si薄膜进行原子级别的表征，建立位错密度和生长取向的关系，研究Si薄膜形核、生长、界面异质原子匹配等对异质结界面质量的影响；

    3）基于上述观察结果，利用分子动力学方法对界面异质原子的构型、能量及稳定性进行了研究，进一步探索了异质结生长、缺陷形成的机理。

    本项目解决了Si/SiC异质结的生长模式与系统表征方法问题，也为绝大多数的大失配度异质结的生长和表征提出了可行的方法。针对该项目，教育部科技查新工作站出具了查新报告，认为SiC基Si/SiC异质结是创新性的工作，其独创性不仅在体现在非紫外光控方面，而且也体现在该异质结域匹配模式的表征方面。本项目在国内外重要学术期刊发表相关论文22篇，其中SCI检索论文18篇（SCI二区及以上6篇），EI检索论文4篇，论文也被Phys. Chem. Chem. Phys.、J. Alloy. Compd.、Appl. Surf. Sci.、J. Appl. Phys.和Superlattice. Microst.等国际知名刊物多次引用。申请课题相关的发明专利4项，其中1项已获授权。支持本项目工作的两项陕西省自然科学基础研究计划项目科研成果都达到并超过了预期，评审结果皆为“优”。