单晶金刚石异质外延生长过程中的位错行为及其控制工艺研究进展

位错是异质外延单晶金刚石合成过程中的重要线缺陷,而降低位错密度是金刚石在电子器件领域上应用的显著挑战。本文以降低Ir衬底上异质外延金刚石膜中位错密度为目标,首先对该过程中的位错产生、类型、表征等进行阐释,然后从理论与工艺相结合的角度总结了加剧位错反应(增加外延层厚度,偏轴衬底生长)、除去已有位错(横向外延过度生长,悬挂-横向外延生长,图形化形核生长)及其他方法(三维生长法、金属辅助终止法、采用金字塔型衬底法)在降低金刚石位错密度方面的最新进展,随后结合经典的大失配异质外延半导体体系降低位错的理论,提出了衬底图形化技术、超晶格缓冲层技术和柔性衬底技术等可通过抑制引入位错来进一步降低位错密度的研究方向,最后对本领域的发展现状和未来展望进行了总结。

GaN/金刚石复合结构的制备与器件性能

金刚石是一种极具竞争力的新型热沉衬底材料,可以显著提升GaN器件的输出功率密度。基于GaN上直接生长金刚石技术,研制了高导热GaN/金刚石复合衬底。采用聚合物辅助播种与两步法生长金刚石相结合的方法,实现了通过直接生长技术制备GaN/金刚石复合结构。通过引入大流量氢气生长模式,并对界面热阻进行优化,成功制备了高质量的GaN/金刚石复合结构。基于GaN/金刚石复合结构进行了器件验证,结果表明,与SiC基GaN器件相比,金刚石基GaN器件的输出功率密度由2.90 W/mm提升至3.96 W/mm。

金刚石基GaN界面热阻控制研究进展

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在雷达、5G通信、航空航天等领域发挥了重要作用,随着GaN HEMT功率密度的提升,器件热效应显著,散热成为了GaN HEMT性能提升的瓶颈。解决GaN HEMT器件散热问题的有效途径是采用高导热的衬底材料取代现役的SiC、Si衬底。金刚石是目前已知热导率(>2000 W·m^(-1)·K^(-1))最高的材料,高导热金刚石衬底能够全面解决GaN HEMT器件的热效应,成倍提升GaN器件的功率密度。本文阐述了金刚石基GaN的技术优势、主要实现途径,以及界面热阻对金刚石上GaN器件性能的影响。综述了国内外金刚石基GaN界面热阻控制的最新研究进展,分析了金刚石上GaN界面热阻研究过程中面临的主要问题和发展趋势。明确了在介质层材料选择有限的条件下,需要从GaN和金刚石的界面质量入手进一步降低界面热阻,提升GaN器件的性能。

异质外延单晶金刚石的研究进展

单晶金刚石具有优异的力、声、热、光、电等性质,而异质外延工艺是制备大尺寸单晶金刚石的一种重要手段.本文以CVD工艺所采用的c-BN、Pt、Si、SiC、Ir复合衬底等不同类型异质衬底为主线,以国内外开展该研究的代表性团队所取得主要成果为基础,对该领域多年来的发展历程、最新进展开展评述,主要涉及偏压增强形核技术及晶种处理后高温退火技术等高密度外延金刚石形核工艺及机理,基于台阶流动和向错形成机理的织构生长晶界湮灭过程与工艺调控,横向外延过度生长和离轴衬底生长等用于位错密度降低的工艺等内容,并在最后对该领域的未来发展做出展望.