超高真空中SrTiO_3薄膜同质外延生长的过程研究

在超高真空下利用激光分子束外延 (LMBE)方法基于SrTiO3 (10 0 )单晶基片同质外延SrTiO3 薄膜。通过反射式高能电子衍射 (RHEED)对生长过程进行原位监测 ,发现对基片的预热处理明显有利于改善其晶面结构 ,当在其上同质外延Sr TiO3 薄膜时 ,容易实现单晶层状生长模式 ,并得到原子级平整度的铁电薄膜。

4H-SiC同质外延生长及Ti/4H-SiC肖特基二极管(英文)

利用台阶控制外延生长技术在偏晶向S i-面衬底上进行了4H-S iC的同质外延生长研究,衬底温度为1500℃,在厚度为32μm、载流子浓度为2~5×1015cm-3的外延材料上制备出了反向阻塞电压大于1kV的Ti/4H-S iC肖特基二极管,二极管的正向与反向电流的整流比(定义偏压为±1V时的电流比值)在室温下超过107,在265℃的温度下超过102,在20~265℃的温度范围内,利用电流电压测量研究了二极管的电学特性,室温下二极管的理想因子和势垒高度分别为1.33和0.905 eV,开态电流密度在2.0V的偏压下达到150A/cm2,比开态电阻(Ron)为7.9mΩ.cm2,与温度的关系遵守Ron^T2.0规律。

衬底温度对单晶金刚石同质外延生长的影响规律研究

文章采用微波等离子体化学气相沉积法,以单晶金刚石籽晶为衬底进行金刚石外延生长,通过拉曼光谱、扫描电子显微镜及光学显微镜等多种表征测试手段,系统地研究了衬底温度对单晶金刚石同质外延生长的影响机理。研究结果表明,衬底温度是影响同质外延单晶金刚石生长速率、生长模式和生长缺陷的重要因素:在一定温度范围内,单晶金刚石的生长速率随衬底温度的升高而增加,与此同时,金刚石的生长模式也由丘状生长转变为台阶生长。当单晶金刚石的生长厚度超过1 mm时,较高的衬底温度容易导致沉积层边缘部分产生孪晶等缺陷。拉曼光谱表征结果显示,微波等离子体化学气相法沉积的单晶金刚石质量优于传统的高温高压法。

4H-SiC低压热壁CVD同质外延生长及特性(英文)

为了获得高质量 4 H- Si C外延材料 ,研制出一套水平式低压热壁 CVD(L P- HWCVD)生长系统 ,在偏晶向的4 H- Si C Si(0 0 0 1)晶面衬底上 ,利用“台阶控制生长”技术进行了 4 H- Si C的同质外延生长 ,典型生长温度和压力分别为 15 0 0℃和 1.3× 10 3Pa,生长速率控制在 1.0 μm/h左右 .采用 Nom arski光学显微镜、扫描电镜 (SEM)、原子力显微镜 (AFM)、X射线衍射、Raman散射以及低温光致发光测试技术 ,研究了 4 H- Si C的表面形貌、结构和光学特性以及用 NH3作为 n型掺杂剂的 4 H- Si C原位掺杂技术 ,并在此基础上获得了 4 H- Si C p- n结二极管以及它们在室温及 4 0 0℃下的电致发光特性 ,实验结果表明 4 H- Si C在 Si不能工作的高温环境下具有极大的应用潜力 .

籽晶台形状对PVT法同质外延生长氮化铝单晶初始生长的影响

借助专业晶体生长模拟软件FEMAG和自主开发的对流、传质、过饱和度及生长速率预测等有限元模块研究了物理气相传输法(PVT)同质外延生长氮化铝(AlN)单晶工艺时的初始传热及传质过程,并分析了不同形状籽晶台对生长室内的温度场、流场、过饱和度及生长速率的影响。温度场模拟结果表明籽晶台侧部角度改变可影响籽晶表面轴向及径向温度梯度,流场及传质模拟表明籽晶台侧部角度变化对籽晶台周边的传质有巨大影响。传质及过饱和度模拟结果表明,当籽晶台侧部角度为130°时,籽晶表面温度梯度较小且可以完全抑制籽晶台侧部多晶沉积,有利于通过同质外延工艺生长出无寄生、无裂纹的高质量氮化铝单晶锭。

N型4H-SiC同质外延生长

利用水平式低压热壁CVD(LP-HW-CVD)生长系统,台阶控制生长和衬底旋转等优化技术,在偏晶向的4H-SiCSi(0001)晶面衬底上进行4H-SiC同质外延生长,生长温度和压力分别为1550℃和104Pa,用高纯N2作为n型掺杂剂的4H-SiC原位掺杂技术,生长速率控制在5μm/h左右.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),傅里叶变换红外光谱(FTIR)和Hg/4H-SiC肖特基结构对同质外延表面形貌、厚度、掺杂浓度以及均匀性进行了测试.实验结果表明,4H-SiC同质外延在表面无明显缺陷,厚度均匀性1.74%,1.99%和1.32%(σ/mean),掺杂浓度均匀性为3.37%,2.39%和2.01%.同种工艺条件下,样品间的厚度和掺杂浓度误差为1.54%和3.63%,有很好的工艺可靠性.

PVT同质外延生长AlN单晶初期模拟及其实验研究

使用FEMAG晶体生长模拟仿真软件及自主开发的PVT法有限元多相流传质模块对用自主设计的全自动、双电阻加热气相沉积炉同质外延生长AlN单晶初期温度场及传质过程进行了模拟仿真研究,并基于模拟结果开展了同质外延长晶实验。模拟仿真及实验研究表明:通过生长初期的梯度反转工艺可有效消除氧、碳及氢等杂质表面污染;坩埚的合理位置对同质外延生长AlN单晶时的温度梯度、Al/N蒸气传输及生长速率等至关重要;在距炉体底部420mm处为理想的坩埚埚位。

氧碳比对MPCVD法同质外延单晶金刚石的影响

以Ib型(100)取向高温高压(HPHT)单晶金刚石为基底、H2-CH4-CO2混合气为反应气源,利用10kW、2.45GHz不锈钢谐振腔式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置进行金刚石同质外延生长。通过光学显微镜表征外延生长金刚石的表面形貌;Raman光谱表征金刚石的结晶质量;螺旋测微仪测厚再计算生长速率,着重探讨工艺因素中氧碳比对同质外延金刚石生长速率、表面形貌、金刚石结晶质量的影响。结果表明随着氧碳比的增加,金刚石生长模式由二维形核模式转变为台阶流模式,结晶质量提高,生长速率变慢;在微波功率7.8kW、CH4浓度(与H2的比例)8%、气压18kPa、基底温度1080℃条件下,氧碳比为0.8时,金刚石结晶质量好且生长速率高(达16μm/h)。反应气源中引入合适比例的CO2是获得高的生长速率同时有效改善同质外延单晶金刚石结晶质量的有效方法。

偏4°4H-SiC同质外延层上新形貌三角形缺陷研究

利用水平热壁CVD方法,基于SiH4-C3H8-H2生长系统在n型4H-SiC偏4°衬底上进行同质外延生长。通过Nomarski光学显微镜、激光共聚焦显微镜和拉曼散射光谱(Raman),对外延层中的新形貌三角形缺陷——顶端有倒金字塔结构的三角形缺陷(IPRTD)的表面形貌、结构进行了表征,并根据表征结果提出了该新形貌三角形缺陷的产生机理。研究结果表明,IPRTD由3C-SiC晶型构成;在外延生长中,位于IPRTD生长方向上游的位错缺陷所引起的表面吸附原子的2D成核生长是导致3C-SiC晶型出现的主要原因。同时,外延生长过程中,生长速率和氢气刻蚀作用在[112-0]和[11-00]/[1-100]方向上的差异是导致IPRTD顶端具有倒金字塔结构的主要原因。

XRD法计算4H-SiC外延单晶中的位错密度

对用X射线衍射法计算4H-SiC外延中的位错密度方法进行了理论和实验研究。材料中的位错密度大于106cm-2会给材料位错密度的测试会带来一定的困难。首先从理论上分析了位错密度对X射线衍射结果的影响,得出位错密度和峰宽FWHM展宽的关系。然后对4H-SiC样品进行了X射线三轴晶ω-2θ测试,采用不同晶面衍射峰,计算出样品的位错密度。分析了外延中位错产生的原因,并提出了相应的解决办法。

MPCVD生长半导体金刚石材料的研究现状

简要介绍了半导体金刚石材料优异的电学和光学性质、主要制备方法以及采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在制备高质量半导体金刚石材料方面的优势。重点就MPCVD技术在半导体金刚石材料的高速率生长、大尺寸生长、高质量生长以及电学掺杂等四个方面的研究现状进行了详细总结。详细探讨了目前半导体金刚石材料在大尺寸单晶金刚石衬底制备、高质量单晶金刚石外延层生长以及金刚石电学掺杂等方面还存在的一些基本问题。指出在大面积单晶金刚石衬底还没有实现突破的情况下,半导体金刚石材料和器件结构的生长模式。

热丝化学气相法生长单晶金刚石颗粒的衬底温度场仿真及实验研究(英文)

本文使用金刚石磨料作为晶种颗粒,通过热丝化学气相法生长出单晶金刚石颗粒,并且建立三维的有限元模型,利用有限元仿真分析了生长过程中影响金刚石磨料生长速率以及沉积质量的各种因素,如热丝的排列方式,衬底的温度场,以及晶种的分布方式。通过固定在热丝CVD反应腔里的热电偶测量了实际的衬底温度分布,从而验证了仿真结果的正确性。另外,通过改变仿真模型优化了沉积单晶金刚石颗粒的工艺参数,获得适应于合成单晶金刚石颗粒的新技术,为化学气相沉积合成单晶金刚石颗粒奠定了基础,也为高温高压金刚石磨料品级的改进与提高提供了新途径。

PVT法AlN单晶生长技术研究进展及其面临挑战

氮化铝(AlN)具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率(340 W/(m·℃))、高击穿场强(11.7 MV/cm)、良好的紫外透过率、高化学和热稳定性等优异性能,是氮化镓基(GaN)高温、高频、高功率电子器件以及高Al组分深紫外光电器件的理想衬底材料。物理气相传输(PVT)法是制备大尺寸高质量AlN单晶最有前途的方法。本文介绍了AlN单晶的晶体结构、基本性质及PVT法生长AlN晶体的原理与生长习性。基于AlN单晶PVT生长策略,综述了自发形核工艺、同质外延工艺及异质外延工艺的研究历程,各生长策略的优缺点及其最新进展。最后对PVT法生长AlN单晶的发展趋势及其面临的挑战进行了简要展望。

面向化学气相沉积生长单晶金刚石的高导热嵌入型基片托盘设计及其高质量生长工艺研究

针对高功率密度微波等离子体化学气相沉积法生长单晶金刚石过程中,金刚石籽晶表面温度容易发生漂移的问题,提出了一种新的基片托盘结构设计方法。基片托盘中间采用通孔结构,以避免籽晶底部与钼托盘的直接接触,在基片托盘与水冷台之间、籽晶和水冷台之间添加高导热材料氮化铝片,以保证外延沉积金刚石所需的均匀温度场环境。实验结果显示,利用新型基片托盘可以连续工作48 h,并获得生长厚度达1.66 mm的单晶金刚石,经过多次反复生长可实现厚度3 mm的高质量单晶金刚石制备。新型基片托盘能有效地抑制生长过程中石墨等大颗粒煤烟沉积引起的温度漂移现象,满足不同条件下金刚石单晶的同质外延生长,抑制籽晶边沿处多晶金刚石的生成,从而保证金刚石单晶在高功率密度下长时间稳定生长,获得高质量、大尺寸的化学气相沉积单晶金刚石。

一种新的量子点形成机制:表面原子的向上扩散运动

在Al(110 )表面的同质外延生长中 ,实验上观察到许多由特殊小面围成的较大的量子点 .这些长方盒形的量子点要比外延膜的平均厚度至少高十倍以上 .密度泛函理论的研究发现 ,动力学过程是导致形成具有特定小面量子点的主要原因 ,其关键机制是表面原子的向上扩散运动 .

专利信息

本发明公开了一种基于自组装工艺的高质量单晶金刚石生长方法，按照以下步骤实施：步骤一、将纳米二氧化硅颗粒分散到酒精、异丙醇或者丙酮溶液中，制备得到纳米二氧化硅分散液：步骤二、将分散液滴到单晶金刚石衬底表面，通过旋涂使其在单晶金刚石衬底表面均匀分散；步骤三、通过反应离子刻蚀技术，刻蚀单晶金刚石衬底表面的纳米二氧化硅，形成自断裂的二氧化硅掩膜，使单晶金刚石衬底表面部分裸露；步骤四、通过在裸露的单晶金刚石衬底表面进行金刚石同质外延生长，并在二氧化硅掩膜上进行金刚石横向生长，即在衬底上生长出单晶金刚石薄膜，解决了现有采用同质外延生长法制备金刚石薄膜质量偏低的问题。