MPCVD生长半导体金刚石材料的研究现状北大核心

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。     

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。     

激光辅助固态薄膜淀积技术的进展

本文综述了近年来激光辅助固态薄膜淀积技术的进展。简要概述了脉冲激光蒸发淀积(PLED)和激光诱导化学气相淀积(LCVD)的基本原理、淀积系统和激光器。侧重详细介绍了这种技术在制备微电子器件所需要的高Tc超导体膜、金属膜、半导体膜和介质膜中的应用。     

超宽禁带半导体金刚石功率电子学研究的新进展

以SiC/GaN为代表的第三代半导体功率电子学已成为当今功率电子学创新发展的主流,超宽禁带半导体金刚石功率电子学将有可能成为下一代固态功率电子学的代表,受到研究人员的广泛关注。介绍了金刚石功率电子学的最新进展,如金刚石单晶、金刚石化学气相沉积同质和异质单晶外延、金刚石多晶外延、金刚石二极管、金刚石MOSFET、金刚石结型场效应晶体管、金刚石双极结型晶体管、金刚石逻辑电路、金刚石射频场效应晶体管和金刚石上GaN HEMT等。还介绍了金刚石材料的大尺寸、低缺陷和p型及n型掺杂等制备技术,金刚石新器件结构设计,金刚石新器件工艺,转移掺杂H端-金刚石沟道和金刚石/GaN界面热阻等研究成果。分析了金刚石功率电子学的发展由来、关键技术突破和发展态势。     

硅基氮化镓异质结材料与多晶金刚石集成生长研究

在50.8 mm(2英寸)硅基氮化镓异质结半导体材料上采用低压等离子体化学气相沉积方法淀积100 nm厚度的氮化硅材料,然后采用微波等离子体化学气相沉积设备在氮化硅层上方实现多晶金刚石材料的外延生长.采用氮化硅作为过渡层和保护层有效调控了材料应力,保护了氮化镓基材料在多晶外延过程中被氢等离子体刻蚀,使得外延前后氮化物异...     

CVD金刚石膜用作TaN2热敏打印头表面保护层的研究

报道了用微波等离子体化学气相淀积技术在ＴａＮ２电阻材料上淀积高质量金刚石薄膜的制备工艺，以及扫描电镜、Ｘ射线衍射、拉曼光谱、压痕测试的测试结果。探讨了提高金刚石膜在非金刚石衬底成核密度与粘附性的实验方法，从实验上证实了ＣＶＤ金刚石膜可以用作ＴａＮ２热敏打印头表面保护层。     

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。     

金刚石镶嵌非晶碳膜和类金刚石薄膜的场致电子发射研究

报道了在钼衬底上利用微波等离子体化学气相淀积技术制备金刚石镶嵌非晶碳膜，在硅衬底上用脉冲激光淀积技术（pulsedLaserDeposition）制备类金刚石薄膜，并对其场发射特性和机理进行了进一步的研究。用金刚石镶嵌非晶碳膜作阴极，在2．1V／μm的场强下便有电子发射，最大发射电流密度为4mA／cm2。实验表明，金刚石镶嵌非晶碳膜是制做场效发射冷阴极的合适材料。     

定向金刚石膜的合成及机理探索

采用热丝化学汽相淀积 (CVD) ,未用别的辅助措施 ,合成了 (10 0 )晶面的金刚石膜。结合CVD金刚石成核的微观过程 ,探讨了定向金刚石膜的形成机理。发现和研究了表面扩散对CVD金刚石成核的重要影响。     

石墨烯基电子学研究进展

综述了石墨烯晶体的能带结构和独特的电子性质,如双极性电场效应、单双层石墨烯效应、衬底效应、石墨烯纳米带(GNR)带隙等特殊效应的研究现状。介绍了石墨剥落技术、外延生长和化学气相淀积(CVD)等石墨烯材料的制备以及表征方法。列举了石墨烯在电子、显示、太阳电池、传感器和氢存储等方面的应用,如在石墨烯场效应管、石墨烯纳米带场效应管(SET)、石墨烯单电子晶体管、石墨烯金属晶体管、石墨烯基纳米电子机械系统(NEMS)、石墨烯分子开关以及石墨烯基高电子迁移率晶体管(HEMT)制备方面的应用。人们已经研究出不同栅长的n/p型顶栅石墨烯场效应管(GFET),并采用标准的S参数直接表征器件的高频性能。理论和实验表明,所有石墨烯纳米带场效应管(GNRFET)在室温下工作的前提是GNR的带宽尺寸小于10nm,并具有半导体场效应管的性能。     

RF化学气相淀积金刚石薄膜

本文论述了金刚石薄膜的优点，比较了化学淀积金刚石薄膜的常用方法的优缺点，主要介绍了电容耦合射频化学气相淀积金刚石薄膜的原理和近期国际对典型电容耦合气相淀积设备的改进研究。     

C-H体系CVD金刚石薄膜取向生长的热力学分析

化学气相淀积金刚石薄膜过程中 ,CH3 和C2 H2 是金刚石生长的主要前驱基团。C2 H2 与CH3 浓度比 ( [C2 H2 ]/[CH3 ])的变化将影响金刚石薄膜的生长取向。用非平衡热力学耦合模型计算了C H体系CVD金刚石薄膜生长过程中C2 H2 浓度和CH3浓度随淀积条件的变化 ,并进一步获得了 [C2 H2 ]/[CH3 ]随衬底温度和CH4浓度的变化关系 ,从理论上探讨了金刚石薄膜 ( 1 1 1 )面和 ( 1 0 0 )面取向生长与淀积条件的关系。在衬底温度和CH4浓度由低到高的变化过程中 ,[C2 H2 ]/[CH3 ]逐渐升高 ,导致金刚石薄膜的形貌从 ( 1 1 1 )晶面转为 ( 1 0 0 )晶面。     

纳米金刚石膜的成核及生长特性研究

采用直流等离子体喷射化学气相沉积(DC arc pla sma jet)系统制备了纳米金刚石膜(NCD),研究了不同的金刚石成核剂溶液对NCD 膜的成核及生长的影响。研究表明,在成核剂溶液中添加二甲基亚砜(DMSO)后成核密度明显 得到提高,而 且制备的NCD膜晶粒分布均匀、致密。当金刚石粉体作为成核剂时,随着其粒径 的增大,NCD膜成核密度下降,晶粒的尺寸均匀性也变差,而粒径为5nm的金刚石纳米粒 子作为成核剂时,NCD膜晶粒间结合致密、颗粒分布均匀。最后,选择5nm的金刚石纳米 粒子和丙酮/DMSO配制的分散液作为成核剂配方,经过60min的生长 ,制备了粒径为50～70 nm的结晶性和品质良好的NCD膜,适用于高频声表面波(SAW)器件及各种光学窗口的研制。     

金刚石薄膜高温器件

本文详细地论述了低压气相生长的金刚石薄膜作为一种新型半导体材料的研究进展,讨论了金刚石薄膜与金属的欧姆接触和整流接触,以及可以在高温区工作的金刚石薄膜Schottky二极管和MESFET器件。最后,讨论了目前金刚石薄膜作为半导体材料所遇到的两个尚无法实现的问题:n型掺杂和异质外延单晶膜的生长。     

W-F-Si-H和W-F-Si-H-CI体系的热力学分析

二硅化钨(WSi_2),在金属-氧化物半导体(MOS)器件中作为一种导电材料已广泛地被人们所认识。尤其是,WSi_2和多晶硅、聚硅结合,在MOS器件中作门极用。WSi_2膜可用化学淀积(CVD)法来制作,制作的膜具有好的工作区、有控制成分的高纯度、有令人满意的淀积速度和低粒度的非常好的均匀性。WSi_2有在材料方面的好特性和在以前     

金刚石的精密激光加工

金刚石的精密激光加工所有材料中，金刚石比任何已知固体都硬；同时在室温下呈现最高的弹性模量、原子密度、德拜温度和热导率。它有化学惰性，在整个光谱范围高度透明，是一种宽带隙半导体材料，又能适用于高温和高电压的场合。上述特性加上用化学蒸汽淀积生长金刚石薄膜...     

InGaAs/GaAs应变量子阱激光器MOCVD生长研究

采用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法生长了InGaAs/GaAs应变量子阱(QW),通过降低生长温度、提高生长速度以及采用应变缓冲层(SBL)结构,改善了应变QW生长表面质量和器件荧光(PL)谱特性,实验表明,通过优化工艺条件和采用SBL等手段提高了应变QW质量。生长的QW结构用于1054 nm激光器的制作,经测试,器件具有较低的阈值电流和较高的单面斜率效率,性能较好。     

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。     

C60与金刚石薄膜成核关系的研究

采用热丝化学气相沉积法在覆盖C60膜的硅基片上沉积金刚石膜,研究了金刚石膜的成核与生长.实验结果表明,金刚石的成核密度可达1×106Cm-2,利用这种方法可实现衬底无损淀积金刚石膜.C60之所以能够促进金刚石成核,我们认为主要与C60分子本身独特的结构及H原子的激活作用有关.同时,高温下C60分解后残留的石墨等碳碎片以及C原子与衬底Si反应生成的SiC都可作为金刚石的成核位.     

直流等离子体CVD法在Si（100）衬底上局部定向核化及外延生长金刚石膜

低压气相法合成的金刚石薄膜和天然金刚石一样,具有优异的力学、光学、电学、化学及热学性质。可广泛应用于机械、电子和光学等工业领域,因而引起了人们极大的兴趣。金刚石还具有半导体性质。并能在多种衬底上利用低压气相合成金刚石膜,还可进行选择性的掺入需要的杂质。这就为制备金刚石半导体器件提供了可能性。实验表明,在金刚石膜生长过程中进行掺杂强烈地依赖于晶体生长方向