国产SiC衬底上利用AlN缓冲层生长高质量GaN外延薄膜

采用高温AlN作为缓冲层在国产SiC衬底上利用金属有机物化学气相外延技术生长GaN外延薄膜。通过优化AlN缓冲层的生长参数得到了高质量的GaN外延薄膜,其对称(0002)面和非对称(1012)面X射线衍射摇摆曲线的半峰宽分别达到130 arcsec和252 arcsec,这是目前报道的在国产SiC衬底上生长GaN最好的结果。文中研究了AlN缓冲层生长参数对GaN晶体质量的影响,还利用拉曼散射研究了GaN外延薄膜中的应力,发现具有越小X射线衍射摇摆曲线半峰宽的GaN外延薄膜受到的张应力也越小。

AlN-SiC微波衰减材料的高频介电性能研究

分别采用SPS和无压烧结工艺制备了AlN-SiC微波衰减材料。采用网络分析仪及扫描电镜检测仪,研究了衰减材料在X波段和Ku波段的介电性能及微观结构。研究结果表明:SPS制备的样品相对密度达到98%,介电性能在X波段ε'为14.01～13.98,tgδ为0.158～0.163,在Ku波段ε'为11.48～10.96,tgδ为0.18～0.17;采用无压烧结制备的样品密度仅为理论密度的95%,在X波段的ε'为26.97～24.26,tgδ为0.326～0.327。探讨了两种烧结方式制备样品的损耗机理。

燃烧合成AlN—SiC固溶体陶瓷

在氮气氛中，点燃铝粉，硅粉和碳黑的混合粉末，合成AlN-SiC陶瓷研究了氮气压力和反应物配比对燃烧温度、燃烧波蔓延速度以及燃烧产物的影响．结合热力学分析，解释了AlN-SiC固溶体的形成机理及反应次序用扫描电镜观察了反应产物的形貌.

TiO_2添加剂对AlN-SiC材料微波衰减性能的影响

在AlN-SiC复相材料中加入TiO2,采用热压工艺,制备了性能优异的AlN-SiC-TiO2复相微波衰减材料。通过矢量网络分析仪、SEM等测试手段,研究了AlN-SiC复相材料微波衰减性能与SiC含量的之间的关系,以及添加剂TiO2对AlN-SiC复相材料微波衰减特性和显微结构的影响。结果表明,SiC是良好的宽频微波衰减剂,对衰减频谱曲线特征起决定作用;TiO2的添加大大促进了AlN-SiC复相材料的烧结性能和微波衰减性能,添加了TiO2后6 GHz下衰减量由0.6 dB增加到0.85 dB。初步探讨了AlN-SiC-TiO2复相材料的微波衰减机理,电导损耗、介质损耗是其主要的微波衰减机理。

AlN-SiC复合超细粉制备技术的研究进展

综述了国内外AlN-SiC复合超细粉制备方法的研究进展,着重阐述了化学合成法,包括溶胶-凝胶法、碳热还原氮化法、自蔓延高温合成法及化学气相沉积法(CVD)等的研究状况,并对不同制备工艺的优缺点进行了评述。结合本实验室的研完成果,认为原位化学反应合成工艺是今后制备AlN-SiC复合超细粉的发展趋势,并介绍了该领域的最新发展动态。

SiC含量和热压烧结温度对AlN-SiC复相陶瓷材料导热性能的影响

采用热压烧结工艺制备了AIN-SiC复相陶瓷材料，用XRD、SEM和激光导热仪等研究了SiC加入量和烧结温度对复相陶瓷材料导热性能的影响。结果表明：当质量分数在20％～75％范围内，随着SiC含量的增加，复相陶瓷材料的热导率逐渐增大，最大热导率达到了88．92W·m^-1·K^-1；进一步增加SiC的含量，复相材料的热导率叉呈现下降趋势，当SiC质量分数为80％时，热导率降到了42．70W·m^-1·K^-1；当SiC质量分数为20％时，随着烧结温度的升高（1800-1950℃），复相陶瓷材料的热导率逐渐上升，从42．15W·m^-1·K^-1增加到68．41W·m^-1·K^-1。

固溶体技术用于AlN-SiC微波衰减材料改性

结合AlN SiC二元系相图的理论分析 ,提出了利用固溶体技术实现AlN SiC微波衰减材料性能优化的研究思路 ;采用热压烧结工艺 ,通过合理的烧结温度及保温时间的控制 ,制备了性能优异的AlN SiC微波衰减材料。通过XRD、SEM、网络分析仪等测试手段 ,研究了材料的显微结构 (晶粒尺寸和晶粒形状等 )对材料微波衰减性能的影响 ,结果表明 ,AlN SiC局部固溶体具有广频衰减特性 ,而AlN SiC均质固溶体具有选频衰减特性 ;并初步探讨了AlN

偏晶向SiC籽晶上生长的AlN单晶

采用物理气相传输法在自制[0001]偏8°晶向6H-SiC衬底上制备了直径42 mm、厚度320μm的连续AlN单晶层,c轴方向生长速率为32μm/h。AlN单晶层具有明显鱼鳞状宏台阶流生长表面特征。裂纹完全单向平行分布,且与台阶走向一致,其成因与台阶对热应力的吸收作用有关。未发现明显的穿线缺陷。发现AlN-SiC界面存在双角锥空腔,其起因是生长初期界面处未被AlN完全密实覆盖的微小区域,在生长过程中因内部温差不断发生的升华和凝华的自我调制过程。喇曼光谱和X射线衍射测试显示该层结晶性较好,(0002)面X射线摇摆曲线半高宽为76 arcsec,喇曼光谱E1(TO)模的半高宽为7.5 cm-1。

SiC晶须、晶板增韧AlN陶瓷的研究

本文利用现代测试技术对SICw、SiCP增韧AlN材料的力学性能、显微结构进行研究，并分析探讨了材料的增韧机理。结果表明：SiCw可有效改善材料的断裂韧性和断裂强度．其增韧机理主要为裂纹偏转和晶须拔出效应。SiCp的加入对材料的断裂韧性起到良好的促进作用，但对材料的断裂强度则有不良的作用，其增韧机理主要为裂纹偏转和分枝效应。

AlN-SiC复合微波衰减材料的衰减性能

以氮化铝、碳化硅等为原料,在高温氮气氛下无压烧结制备了AlN-SiC复合衰减材料。运用网络分析仪、电阻测试仪等测试仪器,研究了材料的衰减性能。结果表明,通过无压烧结得到了性能均一、具有优良衰减性能的AlN-SiC复合微波衰减材料,材料介电参数适当,适于微波管内衰减器的设计使用;同时,本文也综合了关于微波管用微波衰减材料衰减性能的一些必要的测试手段。

热爆反应合成AlN-SiC材料

采用Al、Si粉和C0.36N0.64粉末为原料,通过化学炉诱发热爆反应合成技术,制备AlN-SiC固溶体粉体。采用XRD和SEM确定合成试样的物相组成和观察样品的显微形貌。研究结果表明,通过热爆反应可合成AlN-SiC固溶体材料,当原料中C0.36N0.64粉末过量时,可合成单相AlN-SiC固溶体材料。样品由许多六角片状细小晶粒和尺寸较大的AlN-SiC固溶体晶粒组成,晶粒边长分别约为1.5μm和20μm。结合动力学和热力学分析,讨论了热爆反应合成AlN-SiC固溶体的反应合成机理。C0.36N0.64先发生分解生成N2和C,然后,Al与N2反应,生成AlN,反应放出大量的热,诱发热爆反应的发生。最后,AlN与Si、C反应,或Si3N4与C和N2反应,生成AlN-SiC固溶体。

SiC－AlN－Y_2O_3复相陶瓷的氧化行为

经研究致密的ＳｉＣ－ＡｌＮ－Ｙ２Ｏ３复相陶瓷的氧化行为后发现，陶瓷材料的表面在空气中氧化的反应物随着温度的高低而变化．８００℃、２０ｈ氧化试验后，试样表面无任何变化，１１００℃氧化．２０ｈ，表面形成了极少量的ＳｉＯ２，但两者均无增重．１２５０℃与１３２０℃氧化３０ｈ后，试样的重量和表面发生较明显的变化，形成了ＳｉＯ２与α－Ａｌ２Ｏ３，１３７０℃氧化试验３０ｈ后，陶瓷表面的氧化产物ＳｉＯ２与α－Ａｌ２Ｏ３转化成莫来石（３Ａｌ２Ｏ３·２ＳｉＯ２）结构．试样表面的氧化层均匀而且致密．

AlN-Y_2O_3配比对SiC耐磨材料结构和性能的影响

在AlN-Y_2O_3添加量为6wt%的前提下,将摩尔比分别为10∶90、20∶80、30∶70和40∶60的AlN、Y_2O_3引入SiC耐磨材料中,于氧化气氛下经1600℃保温3 h烧成,研究了AlN、Y_2O_3配比对SiC耐磨材料结构和性能的影响。结果表明:AlN、Y_2O_3配比对SiC耐磨材料的性能影响较大,当其为30∶70时,SiC耐磨材料的性能较优,其体积密度和显气孔率分别为2.66 g/cm^3和3.95%,磨损量为0.11 g/min,硬度和抗折强度分别为2774 HV和185 MPa。SiC耐磨材料较优异的烧结性能和力学性能可归因于新生成的Y_2Si_2O_7和3Al_2O_3·2SiO_2充填于SiC颗粒间所起的强化作用。

AlN/Si(111)衬底上4H-SiC的CVD外延生长研究

利用CVD的方法在Al N/Si(111)衬底上成功实现了4H-SiC薄膜的异质外延生长,用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、喇曼散射(Raman scattering)对所得样品的结构特征、表面形貌等进行了表征测量。XRD测量结果显示得到的SiC薄膜具有单一的晶体取向;Raman散射谱线初步表明得到的SiC薄膜为4H型态。衬底温度过低,不利于Si、C原子选择合适的格点位置成键,外延薄膜晶体质量不高;衬底温度过高,H2的刻蚀作用和表面原子的解吸附作用增强,不利于SiC的成核生长。C/Si比过小,薄膜表面会形成Si的小液滴;C/Si比过大,薄膜中会产生Si空位形式的微缺陷。因此,研究表明在Al N/Si(111)衬底上外延4H-SiC的最佳衬底温度为1230~1270℃,较为理想的C/Si比值为1.3。

AlN/SiC_w(Y_2O_3SiO_2)复合材料热处理增强机理

利用ＸＲＤ， ＥＰＭＡ 和ＨＲＥＭ 等测试技术对ＡｌＮ／ＳｉＣｗ（Ｙ２Ｏ３ＳｉＯ２） 复合材料热处理增强机理进行了研究。结果表明： 材料在１ ３００ ℃空气中进行热处理， 其氧化处理过程也是其热处理增强过程， 增强机理主要是由于氧化扩散改变了粒界玻璃相的相组成， 粒界玻璃相在高温氧化气氛下和ＡｌＮ颗粒发生作用， 生成ＡｌＮ 多形体２ＨδＳｉａｌｏｎ 相， 并与ＳｉＣ

AlN缓冲层厚度对SiC薄膜性能的影响

SiC具有较大的带隙宽度和优异的热稳定性,可在高功率、高温(高达600℃)和高频(高达20GHz)条件下工作,在半导体器件中有着广泛的应用。Si是常用的制作SiC薄膜的基底材料,然而,由于基底Si和SiC靶材的晶格常数存在差异,使得它们之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配,影响了成膜质量,在一定程度上限制了SiC在微电子领域的应用。通过在Si与SiC之间添加AlN缓冲层可以有效地解决这一问题。文章通过磁控溅射制备了不同AlN缓冲层厚度的SiC薄膜,研究了AlN缓冲层厚度对SiC薄膜的结构、表面形貌、硬度和附着力的影响。研究结果表明,当AlN缓冲层厚度为60nm和90nm时,薄膜与基底附着效果最好,薄膜硬度超过20GPa。

15-15Ti钢表面AlN/SiC双层薄膜的制备及耐Pb-Bi溶液腐蚀性能

采用磁控溅射法在15-15Ti不锈钢上沉积AlN/SiC双层薄膜,并在800℃氩气气氛中退火120 min。用XRD、AFM和SEM表征了薄膜的结构和形貌。测试了镀膜前后15-15Ti钢在500℃持续1000 h条件下在含氧质量分数为(0.76~1.39)×10-8%的铅铋溶液中的耐腐蚀性能。结果表明:未镀膜15-15Ti钢的腐蚀层厚度约为600 nm,并且钢发生了溶解腐蚀;而镀膜后的钢未发现铅铋合金的侵蚀现象,钢的耐腐蚀能力明显提高。

Y_2O_3-SiO_2助剂对常压烧结SiC-AlN复相材料烧结性能的影响

Si C∶Al N以质量比1∶1,添加不同质量分数Y2O3-Si O2（摩尔比为2.9∶7.1）复合烧结助剂,分别在氢气和氩气气氛下常压烧结制备Si C-Al N复相材料。研究烧结气氛、烧成温度和Y2O3-SiO2含量对该复相材料烧结性能的影响。结果表明,与氢气气氛相比,氩气气氛下烧结体更易致密;16501850℃,随着烧结温度升高,烧结致密性明显提高。氩气气氛1850℃下保温1 h,Y2O3-SiO2复合助剂含量为9.09wt%,烧结体的显气孔率可低于0.15%,晶粒尺寸均匀且连接紧密。烧结过程中,Y2O3、Si O2烧结助剂与Al N表面的Al2O3在一定温度下形成液相有助于样品致密化。Y2O3与Al N表面的Al2O3反应生成钇铝石榴石（Y3Al5O12）,Si O2高温下主要形成玻璃相。Si C-Al N复相材料是由主晶相6H-Si C和Al N,次晶相Y3Al5O12组成。

AlN-Pr_2O_3液相烧结SiC陶瓷

以Al N、Pr_2O_3做为SiC陶瓷液相烧结的复合助剂,选定不同的助剂含量(5wt%~20wt%)和不同的助剂摩尔比例(Pr_2O_3/Al N=1/3、1/1、3/1),在1800~2000℃温度下,采用热压和无压烧结的方法制备SiC陶瓷样品,并对这些陶瓷样品的性能进行了研究。实验结果表明,助剂比1/3组的样品显示出更有效地促进SiC陶瓷致密化,该组样品无压烧结最大相对密度为87%,热压烧结具有最高的相对密度96.1%、维氏硬度23.4 GPa、抗弯强度549.7MPa、断裂韧性5.36 MPa·m1/2,显微结构中可观察到晶粒拔出现象,断裂模式为沿晶断裂。

无压烧结SiC-AlN复相陶瓷导热和介电性能的研究

添加10%(质量分数)BaO-SiO_2-Y_2O_3烧结助剂在氮气氛下无压烧结制备SiC-AlN复相陶瓷。研究了SiC含量、烧结温度对复相陶瓷烧结性能、显微结构、热导率和高频介电性能的影响。结果表明:样品中主晶相为6H-SiC和AlN,次晶相为Y_3Al_5O_(12)和Y_4Al_2O_9;当SiC质量分数为50%时,1850℃烧结1 h,显气孔率低于0.3%;而Si C含量继续增加,显气孔率显著上升。热导率、介电常数和介电损耗都随着烧结温度的升高而升高。当Si C质量分数为50%时,1900℃下复相材料呈现最好的热扩散系数和热导率,分别为26.3 mm^2·s^(–1)和61.5W·m^(–1)·K^(–1);1850℃下获得的Si C-Al N复相陶瓷在12.4~18 GHz频率范围内获相对介电常数和介电损耗分别为33~37和0.4~0.5,该频段内随频率升高,介电常数和介电损耗下降。