新型研磨垫对单晶氧化镓研磨的实验研究

为抑制氧化镓晶片在研磨过程中的解理现象,通过NAKAMURA的方法,重新设计、研制一种黏弹性固着磨料新型研磨垫对氧化镓晶片进行研磨实验研究,对比分析其与传统铸铁研磨盘对单晶氧化镓研磨的材料去除率和表面质量的影响规律,结果表明:在同一研磨参数下,采用铸铁盘研磨时,晶片材料去除率较高,为358nm/min,研磨后晶片表面粗糙度Ra由初始的269nm降低到117nm,降幅仅为56.5%;而采用新型研磨垫研磨时,其材料去除率虽较低,为263nm/min,但研磨后晶片表面粗糙度Ra却降低至58nm,降幅达到78.4%,晶片表面质量得到明显提高,为后续氧化镓晶片的抛光奠定了良好的基础,因而新型研磨垫更适合对氧化镓进行研磨。同时,也为氧化镓晶片研磨提供了参考依据。

纳米尺度单晶氧化镓摩擦磨损性能试验研究

目的分析单晶氧化镓在纳米尺度下的摩擦磨损性能,为金刚石磨料对氧化镓晶体的精密研磨加工提供理论依据。方法在G200纳米压痕仪上,使用Cube Corner金刚石压头,对单晶氧化镓的(010)和(100)晶面进行了摩擦磨损试验,利用原子力显微镜观测试验后的形貌并测量尺寸。结果在金刚石以不同速度摩擦单晶氧化镓时,(010)和(100)晶面的划痕宽度与摩擦速度的拟合直线的斜率分别4.05769和7.63462,深度与摩擦速度拟合直线的斜率分别为0.82073和0.79862。以不同载荷摩擦氧化镓时,(010)和(100)晶面的划痕宽度与载荷的拟合直线的斜率分别为47.625和46.750,深度与载荷拟合直线的斜率分别为23.764和31.9546。在多次重复摩擦磨损试验中,摩擦次数从1次增加到10次,划痕的深度从571.22 nm增加到2964.81 nm,划痕宽度从889.34 nm增加到7360 nm。结论在干摩擦状态下,金刚石压头的摩擦速度对氧化镓的摩擦系数、磨损影响不大。在低载荷下,氧化镓的磨损以塑性变形引起的材料去除为主,在载荷增大到一定值时,磨损转变为脆性材料去除的形式,出现裂纹、剥落和碎屑等,磨损增大。氧化镓(100)晶面由于硬度低、易解理,比(010)晶面更容易磨损。

氧化镓单晶的磨削材料去除机理和损伤演化研究

为了探究氧化镓单晶在磨削过程中材料去除机理和亚表面损伤演化规律,通过变切深纳米划痕试验模拟单颗磨粒去除材料的过程来探究磨削过程中的材料去除机理,使用粒度分别为SD600、SD1500和SD5000的金刚石砂轮对氧化镓单晶进行磨削试验,分析磨削表面形貌和亚表面的损伤演化规律.使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜作为主要表征手段,采用有限元法分析划痕过程中的应力分布.研究结果表明,氧化镓单晶在材料去除过程中沿不同晶向扩展的交错滑移带可能导致不规则的破碎坑,取向裂纹受到(-3-10)滑移面的严重影响.随着砂轮粒径的减小,磨削表面形貌表现为破碎坑和取向裂纹主导的脆性表面逐渐演化为完全塑性表面.

氧化镓单晶在酸碱条件下的腐蚀坑形貌研究

氧化镓晶体材料由于其优异的性能以及可以用熔体法生长的优势,在功率器件、光电领域有着巨大的潜力。近年来,国内外众多专家也随之开展对氧化镓单晶材料的研究工作,高质量低缺陷的氧化镓单晶材料对后续的外延、器件的制备极其重要。目前,国际上主流的生长方法是导模法,导模法具有生长周期短、尺寸大及生长稳定等优点,然而在晶体缺陷控制方面还有很大的进步空间。本文围绕氧化镓单晶的腐蚀坑形貌,对导模法生长的氧化镓单晶进行加工制样,进行了不同酸碱条件下的腐蚀实验。详细介绍了观察到的不同腐蚀坑形貌,分析了晶体缺陷对腐蚀坑形貌的影响,对今后氧化镓单晶生长机理和晶体缺陷的研究具有重要意义。

导模法生长高质量氧化镓单晶的研究

使用导模法生长了宽度25 mm,长度100 mm的氧化镓(β-Ga_2O_3)单晶。晶体外观完整、无色、无开裂,粉末XRD测试证明所获得的晶体为β相,晶体摇摆曲线半峰宽为93.6",峰形对称,说明晶体质量良好。测试了未掺杂晶体的紫外透过光谱,并推算了晶体的禁带宽度为4.77 eV。此外,还重点讨论了晶体放肩时的工艺参数对晶体质量的影响。

高质量氧化镓单晶及肖特基二极管的制备

本文采用导模法生长技术,成功制备了高质量掺Si氧化镓(β-Ga2O3)单晶,掺杂浓度为2×10^18 cm^-3。晶体呈现淡蓝色,通过劳厄衍射、阴极荧光(CL)及拉曼测试对晶体的基本性质进行了表征,结果表明晶体质量良好。紫外透过光谱证明该晶体的禁带宽度约为4.71 eV。此外,在剥离衬底上,采用电子束蒸发、光刻和显影技术制备了垂直结构的肖特基二极管,平均击穿场强EAva为2.1 MV/cm,导通电阻3 mΩ·cm^2,展示了优异性能。

抛光垫特性对氧化镓CMP影响的实验研究

对比分析了不同抛光垫的表面形貌、表面粗糙度、硬度以及涵养量对氧化镓晶片化学机械抛光过程中表面质量和材料去除率的影响规律,结果表明:在同一抛光参数条件下,Suba600无纺布抛光垫的材料去除率最大,为30.8nm/min,但抛光后氧化镓表面有明显的凹坑;Politex阻尼布、LP57聚氨酯抛光垫抛光后晶片表面形貌都较好,获得了镜面无损伤晶片表面,但LP57聚氨酯抛光垫的材料去除率为22.6nm/min,大于Politex阻尼布抛光垫16.4nm/min的材料去除率;LP57聚氨酯抛光垫更适合对单晶氧化镓晶片进行化学机械抛光。该研究为氧化镓化学机械抛光(CMP)提供了参考依据。

新一代半导体材料氧化镓单晶的制备和超精密加工技术

本文针对新一代半导体材料氧化镓单晶的制备和超精密加工技术进行研究。文章分析国内外氧化镓单晶制备与加工技术的发展现状,研究氧化镓单晶制备技术,包括氧化镓单晶基本性质、氧化镓单晶生长方法分类及原理,探究氧化镓单晶的超精密加工技术。通过研究发现:氧化镓单晶的超精密加工技术能实现高质量表面的制备,使加工精度达到纳米级,有效提高加工精度和质量。

新一代半导体材料氧化镓单晶的制备方法及其超精密加工技术研究进展

氧化镓(β-Ga2O3)单晶是继碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)之后,制造超高压功率器件、深紫外光电子器件、高亮度LED等高性能半导体器件的新一代半导体材料,大尺寸低缺陷氧化镓单晶的制备方法以及高表面质量氧化镓晶片的超精密加工技术是实现氧化镓半导体器件工业应用的瓶颈之一。针对易产生结构缺陷的氧化镓单晶的制备,系统阐述焰熔法、提拉法、光浮区法、导模法、布里奇曼法等氧化镓单晶制备方法的国内外研究进展,通过对比不同方法制备氧化镓单晶的晶体生长速度、晶体尺寸和内部缺陷等,分析不同制备方法的优缺点,指出大尺寸低缺陷氧化镓单晶制备方法的未来发展趋势;针对硬度高、脆性大、各向异性大、极易解理破碎的氧化镓晶片的超精密加工技术,详细介绍国内外在超精密加工氧化镓晶片的表面材料去除机理、亚表面损伤产生机理与演变规律,以及氧化镓晶片超精密磨削、研磨和抛光工艺等方面的研究进展,分析氧化镓晶片在加工过程中极易解理破碎的原因和目前采用游离磨料研磨工艺加工氧化镓晶片的局限性,提出未来实现大尺寸氧化镓晶片高效率高表面质量加工的工艺方法。分析表明,在氧化镓单晶制备方面,导模法将是未来批量化制备大尺寸低缺陷氧化镓单晶的最佳方法,但生长过程中气氛的选择与调控、不同缺陷的产生机理与抑制方法以及p型氧化镓单晶的掺杂方法等问题亟需解决。在氧化镓晶片超精密加工方面,基于工件旋转磨削原理的金刚石砂轮超精密磨削技术将是实现大尺寸氧化镓晶片高效高表面质量加工的有效方法,但氧化镓单晶延性域去除和解理破碎的临界磨削条件、表面质量和加工效率约束下的砂轮参数和磨削参数的选择等问题还亟待系统研究,才能为氧化镓晶片的超精密磨削加工提供理论指导。

光学浮区法生长掺铟氧化镓单晶及其性能

采用光学浮区法生长了尺寸f(7~9 mm)×(30~35 mm)的β-Ga_2O_3:In单晶。X射线衍射物相分析表明,β-Ga_2O_3:In单晶仍属于单斜晶系。研究了不同In掺杂量的β-Ga_2O_3:In单晶的吸收光谱和电学性能。结果表明:与纯β-Ga_2O_3单晶相比,β-Ga_2O_3:In单晶在红外波段存在明显吸收。β-Ga_2O_3:In单晶的电导率在10^(–2)量级,Holl载流子浓度可以达到6×10^(19)/cm^2,说明掺杂In^(3+)对β-Ga_2O_3单晶的电学性能有明显改善。