氨热法生长氮化镓体单晶的工艺与设备

由于大尺寸氮化镓单晶难以获得,只能用异质衬底来制作氮化镓器件,因此现在的氮化镓基器件的性能指标还远低于其理论值.氢化物外延法、高压熔体法、助熔剂法和氨热法等许多方法已经用做生长氮化镓大尺寸单晶.其中,氨热法易于实现尺寸扩大,有批量化生产低成本氮化镓晶片的潜力.目前有两个问题仍有待解决.首先是设备,如何增大高压釜口径为液氨溶液提供可靠的设备;第二个是生长工艺,如何以较低的成本得到大面积,低缺陷密度的氮化镓.本文简单综述了氨热法生长大尺寸氮化镓晶体进展.主要内容是关注氨热法的设备和生长工艺.最后探讨了氨热法合成氮化镓单晶的发展前景.     

绝缘衬底上化学气相沉积法生长石墨烯材料

利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si₃N₄覆盖层可以有效抑制3C-SiC缓冲层的形成;低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。5.08 cm蓝宝石衬底上石墨烯材料,室温下非接触Hall测试迁移超过1000 cm²·V^-1·s^-1,方块电阻不均匀性为2.6%。相对于Si衬底和蓝宝石衬底,SiC衬底上生长石墨烯材料的表面形态学更好,缺陷更低,晶体质量和电学特性更好,迁移率最高为4900 cm²·V^-1·s^-1。     

绝缘衬底上化学气相沉积法生长石墨烯材料

利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si_3N_4覆盖层可以有效抑制3CSiC缓冲层的形成;低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。5.08cm蓝宝石衬底上石墨烯材料,室温下非接触Hall测试迁移超过1000cm2·V~(-1)·s~(-1),方块电阻不均匀性为2.6%。相对于Si衬底和蓝宝石衬底,SiC衬底上生长石墨烯材料的表面形态学更好,缺陷更低,晶体质量和电学特性更好,迁移率最高为4900cm2·V~(-1)·s~(-1)。     

热交换法生长掺锆蓝宝石单晶及其光谱性能研究

采用热交换法(Heat-Exchange Method,HEM)生长出无色透明的掺锆蓝宝石(Zr∶ sapphire)单晶.通过辉光放电质谱(GD-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见-近红外(UV-VIS-NIR)吸收光谱、紫外-可见(UV-VIS)透过率等测试手段研究了Zr∶ sapphire的光谱性能.目前研究表明,采用HEM成功地将ZrO2掺入蓝宝石晶体中,掺入量可达3.3 ppm;蓝宝石晶体中掺入ZrO2后能消除晶体的F+色心缺陷,提高晶体在波长257 nm处的透过率;Zr∶sapphire晶体在可见、红外波段的透过率分别为83.41％、83.20％,掺入ZrO2后蓝宝石晶体依然保持其良好的可见、红外光学性能.     

热交换法生长掺锆蓝宝石单晶及其光谱性能研究

采用热交换法(Heat-Exchange Method,HEM)生长出无色透明的掺锆蓝宝石(Zr:sapphire)单晶.通过辉光放电质谱(GD-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见-近红外(UV-VIS-NIR)吸收光谱、紫外-可见(UV-VIS)透过率等测试手段研究了Zr:sapphire的光谱性能.目前研究表明,采用HEM成功地将ZrO2掺入蓝宝石晶体中,掺入量可达3.3 ppm;蓝宝石晶体中掺入ZrO2后能消除晶体的F+色心缺陷,提高晶体在波长257 nm处的透过率;Zr:sapphire晶体在可见、红外波段的透过率分别为83.41％、83.20％,掺入ZrO2后蓝宝石晶体依然保持其良好的可见、红外光学性能.     

白光LED用Ce，Sm共掺杂YAG单晶荧光材料的光谱性能

对白光发光二极管（light-emitting diode,LED）用Y3Al5O12（YAG）单晶荧光材料的制备和光谱性能进行了研究。采用提拉法生长了白光LED用Ce：YAG及Sm,Ce：YAG晶体,并通过吸收光谱、激发光谱和发射光谱等对晶体的光谱特性进行表征。结果表明：Ce：YAG单晶作为荧光材料被发射波长460 ...     

温梯法生长φ110 mm×80 mm蓝宝石晶体位错的化学腐蚀形貌分析

利用导向籽晶温度梯度法（ＴＧＴ）生长了φ１１０ｍｍ×８０ｍｍ的蓝宝石单晶,应用化学腐蚀、光学方法分析了该晶体不同部位、不同切片的位错腐蚀形貌、位错密度及其分布情况、发现在晶体放肩处的（１１２０）面位错密度约为１０＾４ｃｍ＾－２量级,等径生长过程中造晶体中心处（０００１）面位错密度为（３￣４）×１０＾３ｃｍ＾－２,靠近坩埚壁处（０００１）面晶体位错密度为（５￣６）×１０＾４ｃｍ＾－２,用同样方法分析     

水热法生长宽禁带氧化锌单晶研究进展

罗列了第三代半导体材料宽禁带氧化锌材料的发展历史与应用前景,总结了ZnO的结构性能、应用方向和制备方法,介绍了宽禁带氧化锌半导体晶体相对于氮化镓材料具有的显著优势:即具有更大的激子结合能(60meV),更低的激射阀值,有望实现室温下高效低阈值的紫外激光。氧化锌相比已获得巨大成功的氮化镓来说其原材料成本极低,环境友好,合成技术门槛低。目前氧化锌半导体材料的研究难点和热点还集中在p型掺杂材料和器件的研发方面。氧化锌优良的物理特性使其成为新一代主流宽带隙半导体材料,生长大尺寸高结晶质量的ZnO单晶对基础研究还是实际应用都有重要意义,文章还着重介绍了水热法合成氧化锌宽禁带半导体单晶的方法和技术优势,展示了我单位在水热法氧化锌单晶合成方面的最新研究进展。     

物理气相传输法SiC衬底上生长AlN单晶的研究进展

氮化铝(AlN)是直接带隙半导体，具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率[3.2 W/(cm·K)]、高表面声波速率(V_L=10.13×10⁵ cm/s,V_T=6.3×10⁵ cm/s)、高击穿场强和稳定的物理化学性能，是紫外/深紫外发光材料的理想衬底，由此制作的Al_xGa_1–xN材料，还可以实现200～365 nm波段内的连续发光；可以制作耐高压、耐高温、抗辐射和高频的电子器件，是具有巨大潜力的新一代半导体材料。本文介绍了物理气相传输法异质外延生长AlN单晶的原理，并从碳化硅(Si C)衬底上AlN单晶生长研究历程、Al N/SiC衬底生长AlN晶体以及偏晶向SiC衬底生长AlN晶体3个方面综述了SiC衬底上异质外延生长AlN晶体的研究进展。最后简述了SiC衬底上生长AlN单晶面临的挑战和机遇，展望了AlN材料的未来发展前景。     

马赛克法生长大尺寸单晶金刚石的研究

使用微波等离子体设备,研究单晶金刚石衬底间距和厚度差异对拼接法制备大尺寸单晶金刚石生长的影响。通过金相显微镜观察不同衬底间距和厚度差异下金刚石的生长情况;通过扫描电子显微镜和激光拉曼光谱仪对拼接界面处的表面形貌和晶体质量进行表征合分析。结果表明,当衬底间距小于10μm时,虽然晶体的底部有明显缝隙,但是表面区域已经连成一片完整的单晶,说明拼接狭缝处沿水平方向的生长速度能够使两片衬底在接触时连成一体;当衬底厚度差异不超0.02mm时,不会出现"吞噬"现象,生长表面较为平整。     

导模法和温度梯度法生长r面蓝宝石

r面(0112)蓝宝石晶体可用作制备非极性GaN薄膜的衬底.采用温度梯度法(temperature gradient technique,TGT)和导模法(edge-defined film-fedcrystal growth,EFG)生长了质量良好的r面蓝宝石晶体.利用双晶衍射、光学显微镜、光谱仪观察和分析了晶体的结构和缺陷.结果表明:TGT法生长的r蓝宝石晶体的双晶摇摆曲线对称性好,半高宽值仅为18rad·s.位错密度为4×103cm-2,透过率达83%,晶体质量好.与TGT法相比,EFG法生长的r面蓝宝石晶体的结构完整性较差.位错密度为5×105cm-2,透过率仅为75%.但是EFG法具有晶体生长速度快,后期加工成本低的优点.     

蓝宝石基片超精密抛光技术研究进展

介绍了作为LED衬底材料使用的蓝宝石基片抛光方法的进展。通过介绍各种抛光技术所依靠的机械能、化学能、复合能和特种能场等的不同能场形式分析了当前不同蓝宝石基片抛光技术,如浮法抛光、磁流变抛光、水合抛光、化学机械抛光和激光抛光等的工艺原理和技术特点,指出当前现有加工方法的优缺点和发展进程。目前蓝宝石衬底的抛光质量已达到表面粗糙度为0.1nm、平面度为0.5μm。随着机械表面界面科学和加工工艺的不断进步,数字化、全自动和环境友好型的抛光技术是未来蓝宝石衬底加工的发展方向。     

蓝宝石生长方法及其应用概述

蓝宝石具有良好的光学、机械、热力学、电学、化学等性质,是最具发展潜力的晶体材料之一,几乎涉及到科学技术的各个分支。如今,市场对蓝宝石的需要呈指数上升,对其生长方法的要求也逐步提高。文章阐述了几种高效的蓝宝石生长方法;介绍了一种新型的蓝宝石生长方法——VB法;以及蓝宝石在各行各业的应用。     

兰宝石单晶中的气泡和空腔

兰宝石单品(又称白宝石)是一种优良的光学物质和绝缘衬底材料,目前常采用的提拉技术是生长较大尺寸和质量较好的兰宝石单晶的通行方法。然而,在用这种方法生长的晶体中则往往容易产生气泡和空腔,它们的存在会严重地影响晶体的可用率。因此减少和消除晶体中的气泡和空腔,乃是获得优质兰宝石单晶的重要条件。B.Cockayne     

蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展

蓝宝石单晶因其优良的综合性能而成为最重要的中红外光学材料之一,在军民两用中都具有广泛的应用前景.简述蓝宝石单晶的主要性能;综述蓝宝石单晶的几种重要生长方法及其最新研究成果,并分析了各制备方法的优缺点;介绍了蓝宝石单晶的应用领域及其一些最新成果;最后指出蓝宝石单晶今后的研究重点:(1)改进现有制备工艺及完善近尺寸成型技术...     

第三代半导体氮化镓材料单晶制备技术及应用前景

随着科技的发展,半导体材料与人们的生活息息相关。氮化镓作为第三代半导体材料的代表,具有宽禁带、介电系数小、高电子迁移率、高热导率和耐辐射的优点,广泛用于光电器件、微电子领域中。本文详细阐述了氮化镓一维纳米线、单晶衬底的制备方法的原理及优缺点(如VLS法、HVPE法、氨热法等)、简述了在光电、射频、电子电力领域中的应用,并展望了未来的发展前景。     

导模法生长蓝宝石晶体的退火工艺

采用导模法生长了片状蓝宝石单晶。由于石墨发热体的高温挥发,使晶体尾部产生黑色絮状包裹体,晶体内部生成色心。为了消除片状蓝宝石晶体内的包裹体和色心,在不同气氛下对生长的晶体样品进行了退火处理。退火实验表明,含有包裹体的尾部样品在1500℃空气中退火20h并以50℃／h的速率降温,可消除晶体内的碳包裹体,晶体变为无色、透明。在氢气中1600℃退火37h后,F色心引起的205mm的吸收峰和Fe^3＋所引起的200～230的吸收峰均被消除。表明高温氢气中退火是消除导模法生长蓝宝石晶体内部F色心和Fe^3＋吸收的最佳退火方法。     

蓝宝石衬底上SiO2薄膜的制备与光学性能

以硅单晶为靶材,高纯的Ar和O2气分别为溅射气体和反应气体,采用射频磁控反应溅射法,在蓝宝石衬底上制备了SiO2薄膜,溅射的工艺参数范围是：射频功率为50～100W,样品托背面温度为25～400℃,沉积速率为4～6nm／min。对影响薄膜质量的工艺参数进行了分析,探索出使蓝宝石镀膜后的红外透过率有最大幅度提高的最佳工艺条件。结果表明,所制备的SiO2薄膜与蓝宝石衬底结合牢固;在3～5μm波段对蓝宝石衬底有明显的增透作用。与其它镀膜技术相比,射频磁控反应溅射法可以在较低的温度下制备出SiO2薄膜。     

单晶金刚石膜与多晶金刚石膜的制备工艺及性能

本文主要介绍了用微波等离子体化学气相沉积法(以下简称MP CVD法)以甲醇-氢气混合气和丙酮-氢气混合气为源气体,分别以单晶硅的(111)面和人造金刚石的(100)面为衬底材料,制备出了面积为20mm×20mm厚为10μm的多晶金刚石膜和面积为1.0mm×1.0mm厚为5μm的单晶金刚石膜。通过试验发现,源气体配比和衬底温度对薄膜质量起决定性作用。另外,衬底在反应腔中的位置对薄膜的生成也有很大影响。单晶金刚石膜制备过程中衬底金刚石的晶体取向与金刚石薄膜的生长及质量有密切的关系。在金刚石的(100),(110)和(111)面上分别获得了单晶金刚石膜和金刚石多晶粒子。选用扫描电镜、显微激光拉曼、反射电子衍射对多晶金刚石膜及单晶金刚石膜的性能进行了测试。     

上海微系统所发现锗基石墨烯取向生长物理机制北大核心

近期,中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室SOI材料与器件课题组在锗基石墨!烯的取向生长机制方面取得进展。课题组研究人员发现衬底表面原子台阶对于石墨烯取向生长的重要性,并且与华东!!师范大学合作借助于第一性原理DFT理论计算分析得到石墨烯单晶畴在（110）晶面的锗衬底上取向生长的物理机理,为获得晶圆级的单晶石墨烯材料奠定了实验与理论基础,有助于推动石墨烯材料真正应用于大规模集成电路技术。