HCl气体辅助生长GaN纳米线阵列与机理研究

研究了一种无金属催化剂生长GaN纳米线阵列的方法。通过HCl气体作为催化剂,利用氢化物气相外延(HVPE)系统在GaN/sapphire模板上制备出纯净的GaN纳米线阵列;利用扫描电镜(SEM)、能量分散X射线荧光(EDX)谱和透射电镜(TEM)测试,研究了生长条件的变化对GaN纳米线阵列的影响,分析了GaN纳米线阵列的生长过程并探索了其生长机理,为GaN纳米线阵列的可控生长提供了理论依据。     

氧化铝模板法制备Ge纳米线

采用氧化铝模板法结合具有高真空背景的低压化学气相沉积技术制备出Ge纳米线.在氧化铝模板的背面喷金作为催化剂,合成了Ge纳米线.采用原子力显微镜、X射线衍射、透射电镜、能量散射谱等手段对Ge纳米线进行了分析.Ge纳米线的直径约为30nm,长度超过600nm.对Ge纳米线的生长机理进行了探讨.     

氧化铝模板法制备Ge纳米线

采用氧化铝模板法结合具有高真空背景的低压化学气相沉积技术制备出 Ge纳米线 .在氧化铝模板的背面喷金作为催化剂 ,合成了 Ge纳米线 .采用原子力显微镜、X射线衍射、透射电镜、能量散射谱等手段对 Ge纳米线进行了分析 .Ge纳米线的直径约为 30 nm,长度超过 6 0 0 nm.对 Ge纳米线的生长机理进行了探讨 .     

HVPE生长的高质量GaN纳米柱的光学性能

GaN纳米材料因具有优异的晶体质量和突出的光学性能及发射性能,日益受到关注.研究了一种利用氢化物气相外廷(HVPE)系统生长高质量的GaN纳米柱的方法.使用镍作为催化剂,在蓝宝石衬底上生长出了GaN纳米柱.在不同生长时间和不同HC1体积流量下制备了多组样品,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对样品进行了分析表征.测试结果表明,在较低的HC1体积流量下,生长2 min的样品具有较高的晶体质量和较好的光学性质.讨论了不同生长阶段的GaN纳米结构发光特性的变化规律,认为纳米结构所产生的表面态密度大小差异会造成带边峰位的红移和展宽.     

氨化Ga2O3和金属Ga粒混合镓源制备高质量GaN纳米线

在管式炉中用化学气相沉积(CVD)法在高温下用金做催化剂,首次通过氨化Ga2O3和金属Ga粒组成的混合镓源制备出高质量的GaN纳米线.运用SEM,TEM,XRD以及Ramah,PL等表征手段分析了氮化镓纳米线的形貌、结构以及发光性质.最后着重探讨了通过改变镓源的构成、氨化温度以及镓源和生长衬底间的距离等生长条件,研究了...     

生长温度对Mn掺杂ZnO纳米棒铁磁性的影响

用化学气相沉积法(CVD),在生长温度为600、650和700 ℃条件下,未采用任何催化剂制备了Mn掺杂ZnO纳米棒.研究发现,随着生长温度的升高,样品中O空位的浓度逐渐增加.低浓度的O空位可以增强Mn掺杂ZnO纳米棒的铁磁性,但O空位浓度过高时,Mn掺杂ZnO纳米棒表现出超顺磁性或反铁磁性.在3个样品中,650 ℃的样品具有最好的室温铁磁性,其饱和磁化强度为0.85 μB/Mn,矫顽力为50 Oe.     

石墨烯上生长GaN纳米线的研究

在常压条件下采用化学气相淀积(CVD)技术在有石墨烯插入层的衬底上生长GaN纳米线,研究了生长温度、石墨烯插入层、催化剂等因素对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)谱、拉曼(Raman)谱和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对GaN纳米线的形貌、光学特性以及结构进行表征.结果表明,在1 100℃条件下,同时有石墨烯插层和催化剂的衬底表面能够获得低应力单晶GaN纳米线.石墨烯、催化剂对于获得低应力单晶GaN纳米线有重要的作用.     

SiC基GaN上多晶金刚石散热膜生长及其影响

通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)异质结构材料上生长多晶金刚石散热膜,采用光学显微镜(OM)、拉曼光谱、非接触霍尔测试系统、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对生长样品进行表征,研究了生长温度、多晶金刚石散热膜厚度对GaN HEMT异质结构材料性能的影响。测试结果表明,当多晶金刚石生长温度为625℃,散热膜厚度为20μm时,GaN材料载流子迁移率降低9.8%,载流子浓度上升5.3%,(002)衍射峰半高宽增加40%。生长温度越高,金刚石散热膜的生长速率越快。当金刚石散热膜厚度相差不大时,生长温度越高,GaN所受拉应力越大,材料电特性衰退越明显。多晶金刚石高温生长过程中,金刚石引入的应力未对GaN结构产生破坏作用,GaN材料中没有出现孔洞等缺陷。     

MOCVD生长源流量对p型GaN薄膜特性影响的研究

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上生长p型GaN:Mg薄膜,对不同二茂镁(CP2Mg)流量和Ⅴ族和Ⅲ族摩尔(Ⅴ/Ⅲ)比生长的p型GaN:Mg薄膜特性进行研究。研究表明,增加Ⅴ/Ⅲ比,可以降低螺旋位错密度,提高p型GaN晶体质量。当Ⅴ/Ⅲ比为3 800时,Cp2Mg流量最高为170sccm,获得p型GaN(002)面峰值半高宽(FWHM)最窄为232"。同时研究发现,单纯提高Ⅴ/Ⅲ比对降低刃型位错影响较不明显。     

氢气体积流量对n型4H-SiC同质外延生长的影响

在商业化偏4°导电型4H碳化硅(SiC)衬底上采用化学气相沉积(CVD)的方法进行n型4H-SiC同质外延层生长,研究反应过程中氢气(H₂)对外延生长的影响,并使用表面缺陷测试仪、汞探针和红外膜厚仪等设备对外延层进行分析和表征。结果表明,氢气体积流量由基础值80增加到120 L/min,生长速率呈先增加后降低的趋势,生长速率的增加值最大为2μm/h,但缺陷呈先减少后增加的趋势。在高温CVD外延过程中,生长速率阶段性变化的原因：一是生长速率由气相质量转移系数和表面化学反应速率共同决定;二是氢气体积流量过大时,大量的析出氢难以及时离开生长表面,不利于反应物的有效分解和再沉积过程。综上所述,采用100 L/min氢气体积流量的生长工艺可在较高生长速率下制备高质量、厚度均匀性0.91%和载流子浓度均匀性1.81%的SiC外延片。     

VLS机制下SiC晶须的生长

采用化学气相沉积(CVD)法以气-液-固(VLS)机制生长了碳化硅(SiC)晶须,系统研究了基片表面的气流状况、生长温度和反应室总气压等对SiC晶须形貌的影响。研究结果表明:当基片表面存在较强的平流状态时,以生长SiC薄膜为主,很难形成晶须;生长温度及反应室总气压对晶须的直径有较大影响,合适的生长温度以及较高的总压有利于晶须的生长。     

AlGaN缓冲层结构对Si基GaN材料性能的影响

Si衬底与GaN之间较大的晶格失配和热失配引起的张应力使GaN外延层极易产生裂纹,如何补偿GaN所受到的张应力是进行Si基GaN外延生长面临的首要问题.采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)Si (111)衬底上制备了GaN外延材料并研究了不同AlGaN缓冲层结构对Si基GaN外延材料性能的影响,并采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、原子力显微镜(AFM)、喇曼光谱以及光学显微镜对制备的GaN材料的性能进行了表征.采用3层A1GaN缓冲层结构制备了表面光亮、无裂纹的GaN外延材料,其(002)晶面半高宽为428 arcsec,表面粗糙度为0.194 nm.结果表明,采用3层A1GaN缓冲层结构可以有效地降低GaN材料的张应力和位错密度,进而遏制表面裂纹的出现,提高晶体质量.     

图形化蓝宝石衬底表面原位处理对GaN外延薄膜的影响

采用预铺Ga或NH_3氮化等方式原位处理图形化蓝宝石衬底(PSS)表面,然后外延生长了GaN薄膜,研究了PSS表面预处理对GaN薄膜表面形貌、晶体质量以及残余应力的影响。结果显示,PSS经过预铺Ga后生长的GaN薄膜具有平滑的表面和清晰平直的原子台阶,且位错密度最低;氮化后生长的GaN薄膜原子台阶较宽,螺型位错密度较低;衬底未经表面处理生长的GaN薄膜,原子台阶模糊,位错密度最高;同时,与氮化或未经预处理的方法相比,经过预铺Ga的方式预处理PSS表面后生长的GaN薄膜残余应力最小。分析认为,预铺Ga、氮化等方式处理衬底表面,改变了PSS微结构,有利于生长表面平滑、晶体质量高、残余应力小的GaN薄膜。     

MOCVD生长高反射率AlN/GaN分布布拉格反射镜

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石c面衬底上制备出高反射率AlN/GaN分布布拉格反射镜(DBR).利用分光光度计测量,在418 nm附近最大反射率达到99%.样品表面显微照片显示,有圆弧形缺陷和少量裂纹出现;在缺陷和裂纹以外的区域,DBR具有较为平坦的表面,其粗糙度在10μm×10μm面积上为3.3 m左右.样品的截面扫描电镜(SEM)照片显示,DBR具有良好的周期性.对反射率和表面分析的结果表明,该样品达到了制备GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的要求.     

磁约束微波等离子体化学气相沉积金刚石薄膜

采用国内研制的电子回旋共振化学气相沉积(ECRCVD)设备,在单晶硅衬底上沉积了金刚石薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光拉曼谱仪(RAM)的测试,证明所沉积的薄膜具有明确的金刚石特征。所采用的ECRCVD设备,具有低压沉积、大面积均匀和低温生长的优点。这种方法在合成金刚石光学膜、半导体膜以及其它薄膜方面,很有发展潜力。     

MOCVD外延生长GaN材料的技术进展

第三代半导体材料GaN由于具有优良性质使其在微电子和光电子领域有广阔的应用前景,目前制备GaN的方法主要有分子束(MBE)、氯化物气相外延(HVPE)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)。其中HVPE技术制备GaN的速度最快,适合制备衬底材料;MBE技术制备GaN的速度最慢;而MOCVD制备速度适中。因而MOCVD在外延生长GaN材料方面得到广泛应用。介绍了MOCVD法外延生长GaN材料的基本理论、发展概况、利用MOCVD法外延生长GaN材料的技术进展。认为应结合相关技术发展大面积、高质量GaN衬底的制备技术,不断完善缓冲层技术,改进和发展横向外延技术,加快我国具有国际先进水平的MOCVD设备的研发速度,逐步打破进口设备的垄断。     

银掺杂对MoS_2薄膜特性的影响

二硫化钼(MoS2)是一种具有类似石墨烯结构和性能的新型二维层状化合物,近年来因其独特的物理化学特性而成为研究热点。采用化学气相沉积法(CVD),以掺杂银的MoS2饱和溶液为原料,氩气为输运气体,在p-Si衬底上制备MoS2薄膜,并研究了银掺杂对MoS2薄膜的表面形貌、晶体结构、光吸收特性以及电学特性的影响。研究发现,银掺杂并未改变MoS2薄膜的晶体结构,而使MoS2薄膜的结晶度更好;银掺杂的MoS2薄膜反射率降低,光吸收增强,进而可以提高器件的光电转换效率。另外,银掺杂的MoS2薄膜表面更均匀平整,同时具有更良好的电学特性,其电子迁移率高达1.154×104 cm2·V-1·s-1,可用于制造一些晶体管和集成电路等半导体器件。     

大尺寸HVPE反应室生长GaN的数值模拟

利用有限元法对单片6英寸(1英寸=2.54 cm)GaN衬底用氢化物气相外延(HVPE)生长系统的工艺参数进行了数值模拟和优化.通过建立反应室二维几何模型,依次改变HVPE系统中的GaCl,NH3和分隔气(N2)流速等主要参数进行数值模拟,研究分析了反应室内各反应物的浓度分布和衬底上GaN的生长速率变化,同时考虑了涡旋分布以及GaCl出口管壁上寄生沉积等对衬底上GaN生长的影响,并给出了HVPE系统高速率均匀生长GaN的优化参数.模拟分析还表明,适当降低HVPE反应室内的压强可以改善衬底上GaN生长的均匀性.     

金刚石电子器件的研究进展

简述了金刚石半导体电气性质,即高击穿电场、宽带隙、高载流子饱和速度、高载流子迁移率和高热导率。回顾了金刚石器件的研究进程。讨论了器件的工作机理,包括掺杂和空穴积累层。详细描述了几种具有潜力的金刚石电子器件,如高压二极管和功率场效应管。尽管金刚石器件研究仍存在一些问题,如掺杂机理复杂,金刚石的单晶尺寸太小等,严重制约金刚石电子的进展,但是由于金刚石是超高功率和高温器件的优良半导体材料,具有替代行波管技术的潜力。当前,CVD金刚石已经大量用于微电子和光电子,包括激光二极管、微波器件、半导体散热器等。     

具有高击穿电压的AlN背势垒AlGaN/GaN/AlN HEMT材料

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上制备了1.2μm厚的AlN背势垒的AlGaN/GaN/AlN双异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,其AlGaN势垒层表面粗糙度(RMS)、二维电子气(2DEG)迁移率以及HEMT材料的弯曲度都较为接近于常规的高阻GaN背势垒结构的HEMT材料。由于AlN晶格常数较小,具有AlN背势垒的HEMT材料受到了更大的压应力。通过对比分析两种HEMT材料所制备的器件发现,受益于AlN背势垒层更高的禁带宽度和临界电场,由AlN背势垒HEMT材料所制备的器件三端关态击穿电压为常规高阻GaN背势垒HEMT器件的1.5倍,缓冲层漏电流则较常规高阻GaN背势垒HEMT器件低2～3个数量级。