物理气相传输法生长大尺寸AlN晶体及其性质表征

利用物理气相传输法生长了直径40～50 mm、厚约8～10 mm的AlN多晶锭,最大晶粒尺寸为5 mm.用喇曼散射和阴极荧光谱研究了AlN晶体的结晶质量、缺陷和结构特性.分析了不同温度下AlN晶体的导电特性,并确定在AlN晶体中存在一个激活能约为0.98eV的深能级缺陷.结合这些结果分析了PVT法生长条件对AlN体单晶生长和晶体质量的影响.     

物理气相传输法生长大尺寸AlN晶体及其性质表征

利用物理气相传输法生长了直径40～50 mm、厚约8～10 mm的AlN多晶锭,最大晶粒尺寸为5 mm.用喇曼散射和阴极荧光谱研究了AlN晶体的结晶质量、缺陷和结构特性.分析了不同温度下AlN晶体的导电特性,并确定在AlN晶体中存在一个激活能约为0.98eV的深能级缺陷.结合这些结果分析了PVT法生长条件对AlN体单晶生长和晶体质量的影响.     

坩埚位置对PVT生长AlN晶体过程中物质传输的影响

使用FEMAG晶体生长模拟仿真软件以及自主开发的PVT法有限元传质模块对全自动、双电阻加热物理气相沉积炉开展了AlN晶体生长工艺过程中不同坩埚埚位对温度场、过饱和度场及烧结体升华速率等影响的模拟仿真分析研究。模拟仿真结果表明:在给定工艺条件下,坩埚埚位较低时烧结体温度较高且内部温差较小,烧结体升华表面存在较大的Al蒸气分压梯度,各表面升华速率较快且均匀,籽晶衬底生长前沿温度场呈微凸分布,有利于晶体扩径及生长高质量晶体。随着坩埚埚位的上升,低温区向坩埚壁扩展,预烧结体内轴向及径向温度梯度增加,籽晶衬底附近径向温度梯度逐步降低,过饱和度区域扩大且增强。在坩埚埚位较高情况下,坩埚内原料升华变得不均匀,坩埚侧壁存在高过饱和区域,极易在坩埚壁上发生大量的AlN多晶沉积。模拟分析结果与大量实际晶体生长实验后的坩埚壁处沉积现象及剩余烧结体原料形态相符,较好地验证了模拟仿真分析结果的准确性。     

AlN单晶生长热场稳定性模拟

借助多物理场耦合软件模拟了物理气相传输法AlN单晶生长系统中的热场分布.探讨了生长不同厚度晶体的系统内部热场分布,并与实际生长不同厚度晶体的表面形貌进行比对.模拟结果表明,随着晶体厚度的增大,生长系统内部的轴向温度梯度出现不同程度的降低.晶体表面的径向温度曲线逐渐变为微凸界面,这与实际单晶厚度增大时表面形貌的变化趋势基本一致.另外模拟了多晶AlN源的升华收缩对热场分布稳定性的影响.结果表明,多晶AlN源收缩导致系统稳定性下降.通过分析不同电流下的热场分布结果,提出改善系统稳定性的措施.     

物理气相法制备AlN晶体

研究了物理气相法制备AlN晶体的过程中生长条件的改变对晶体生长的影响.实验中,采用带石墨环的坩埚组件可以避免高温下钨坩埚体和盖的粘结问题.随着生长温度的升高,AlN晶体的形态从晶须过渡到棱形晶粒.温度高于1950℃时,才能制备出颗粒状.AlN晶体.同时,研究了过饱和压对晶体生长的影响.目前,已经制备出直径为1mm的高质量的六棱柱形的.AlN单晶,最大的单晶体的直径达2mm.     

物理气相法制备AlN晶体

研究了物理气相法制备AlN晶体的过程中生长条件的改变对晶体生长的影响.实验中,采用带石墨环的坩埚组件可以避免高温下钨坩埚体和盖的粘结问题.随着生长温度的升高,AlN晶体的形态从晶须过渡到棱形晶粒.温度高于1950℃时,才能制备出颗粒状.AlN晶体.同时,研究了过饱和压对晶体生长的影响.目前,已经制备出直径为1mm的高质量的六棱柱形的.AlN单晶,最大的单晶体的直径达2mm.     

PVT法碳化硅单晶生长系统的热场模拟

为了分析物理气相传输法碳化硅单晶生长系统中的温度分布,采用Matlab软件对PVT工艺中的热场进行了模拟。以能量方程为基础分析了由传导和辐射这两种传热方式所决定的系统的热量分配;采用有限元素法对所建立的描述连续函数的偏微分方程进行数值化离散;应用迦辽金加权残值法对由近似函数表征的离散方程转化为矩阵方程的形式;设计了平均算法计算出了系统的温度分布。更好地了解了碳化硅晶体生长过程的物理实质,以便更有效地改进生长系统,优化工艺参数。     

PVT法同质籽晶AlN晶体生长

为了获得高质量AlN晶体,通过物理气相传输(PVT)法,采用AlN籽晶进行AlN晶体生长,并通过双温区加热装置对衬底与原料之间的温差进行调节。研究结果表明,籽晶形核阶段,随着AlN籽晶与原料顶温差的减小,AlN的形核机制呈现三种模式,分别为岛生长模式、畴生长模式和螺旋位错生长模式;晶体生长阶段,通过增加AlN籽晶与原料顶温差来提高晶体生长速率,采用10℃/h的变温速率将温差从10℃增加为30℃时,AlN晶体生长模式不变,仍然保持螺旋位错生长模式,该生长模式下获得的AlN晶体结晶质量最高,(0002)面摇摆曲线半峰宽(FWHM)约为55 arcsec。     

PVT方法下AlN烧结工艺坩埚盖处氧杂质沉积行为研究

AlN晶体中的氧杂质会严重影响晶体性能.因此,氧含量的控制一直是AlN晶体生长工艺中的热点和难点.为了减少AlN晶体中的氧杂质含量,通常在长晶之前使用粉料高温烧结工艺去除大部分的氧杂质.使用XRD及EGA等检测方法,对不同烧结工艺下AlN烧结过程中坩埚盖处的氧杂质沉积行为及其规律进行了对比研究.研究发现,使用低温(900～1 100℃)真空保温与1 500℃的氮气保护下保温相结合的方法可以极大促进氧杂质在坩埚盖处的前期沉积.在氮气保护环境下进一步提升烧结温度至2 000～2 100℃并经过一段时间的保温后,坩埚盖沉积物表面会出现黄褐色AlN结晶层,相应的检测结果表明此阶段坩埚盖处的氧杂质大量挥发,沉积过程已经基本结束.     

化学气相传输法生长ZnO单晶

利用化学气相传输法生长了ZnO单晶.通过控制源区和生长端的温度梯度,使用碳辅助增强质量传输效应,在无籽晶自发成核的条件下,得到了晶粒尺寸达5mm×8mm的ZnO晶体.利用长有GaN层的蓝宝石晶片作为籽晶,得到了直径32mm、厚4mm左右的ZnO单晶体.用光致发光谱和X射线双晶衍射研究了ZnO晶体的性质并对生长的热力学过程和现象进行了分析.     

化学气相传输法生长ZnO单晶

利用化学气相传输法生长了ZnO单晶.通过控制源区和生长端的温度梯度,使用碳辅助增强质量传输效应,在无籽晶自发成核的条件下,得到了晶粒尺寸达5mm×8mm的ZnO晶体.利用长有GaN层的蓝宝石晶片作为籽晶,得到了直径32mm、厚4mm左右的ZnO单晶体.用光致发光谱和X射线双晶衍射研究了ZnO晶体的性质并对生长的热力学过程和现象进行了分析.     

升华法生长AlN体单晶初探

研究了高温升华法(PVT)生长AlN体单晶的技术和材料的性质.使用陶瓷BN坩埚,加热温度约在1900℃左右,生长结果为AlN晶须或致密多晶,难以生长出较大的AlN晶粒.用钨坩埚加热生长温度达到2200℃左右时,在AlN陶瓷片和6H-SiC片上生长了直径22mm的AlN晶体,最大的晶粒尺寸长10mm、直径5mm.利用X射线粉末衍射分析了几种不同AlN样品的结构和组成.讨论了PVT法生长AlN晶体所涉及的化学热力学过程和现象.     

大尺寸碳化硅单晶生长环境研究

针对基于物理气相输运法的碳化硅(SiC)单晶生长系统,考虑对流换热的影响建立了传热与传质数学模型,并采用数值模拟的方法研究了其生长系统内的温度场与气相流场.研究表明:坩埚内温度、温度梯度以及加热效率随线圈匝间距与线圈直径的增加而逐渐降低.旋转坩埚可有效解决因线圈螺旋形状而导致的温度场不均匀性.通过不断调整线圈与坩埚之间的相对高度,可保证高品质晶体生长所需的最优温度场环境.此外,坩埚内径尺寸的增加,会加剧其内部自然对流效应.