通过热力学理论对物理气相传输(PVT)法AlN晶体生长过饱和度进行分析,分别从软件模拟和晶体生长实验对衬底表面的温度分布进行调控,进而控制衬底表面AlN晶体生长的驱动力。理论上,采用Comsol模拟软件对坩埚结构的温度分布进行模拟仿真,...通过热力学理论对物理气相传输(PVT)法AlN晶体生长过饱和度进行分析,分别从软件模拟和晶体生长实验对衬底表面的温度分布进行调控,进而控制衬底表面AlN晶体生长的驱动力。理论上,采用Comsol模拟软件对坩埚结构的温度分布进行模拟仿真,模拟结果表明:复合型衬底可以显著改变衬底表面的温度分布,达到改变衬底表面AlN气氛的过饱和度的目的;实验上,采用PVT法AlN晶体的生长实验验证了软件模拟结果。采用复合型衬底生长AlN晶体时,通过对衬底表面的温度分布调控可有效控制晶体生长驱动力,进而实现形核位置和形核数量的控制。经过6~8 h AlN晶体生长后,可获得尺寸约为12 mm、厚度约为3 mm的AlN单晶。喇曼光谱和XRD双晶摇摆曲线测试结果表明晶体质量良好。展开更多
通过物理气相传输(PVT)法在石墨系统中制备了绿色、无色和琥珀色氮化铝(Al N)单晶,在金属系统中制备了琥珀色Al N单晶。晶体中杂质含量测试结果表明石墨系统中琥珀色的Al N晶体比绿色和无色Al N晶体C、Si杂质含量低1~2个数量级,金属系...通过物理气相传输(PVT)法在石墨系统中制备了绿色、无色和琥珀色氮化铝(Al N)单晶,在金属系统中制备了琥珀色Al N单晶。晶体中杂质含量测试结果表明石墨系统中琥珀色的Al N晶体比绿色和无色Al N晶体C、Si杂质含量低1~2个数量级,金属系统中琥珀色Al N晶体杂质含量最低,C、Si、O元素含量均在1018cm-3级别。Al N晶体的吸收图谱和光致发光图谱的分析结果表明,Al N晶体存在着位于4.7 e V、3.5 e V、2.8 e V、1.85 e V的4个吸收峰,其中4.7 e V和3.5 e V的吸收峰导致了Al N吸收截止边的红移,该吸收峰分别源于碳占氮位(CN)的点缺陷和VAl与O杂质的复合缺陷,2.80 e V的吸收峰导致了Al N晶体的琥珀色,该吸收峰是C元素和O元素共同导致的,1.85 e V的吸收峰导致了Al N晶体的绿色,该吸收峰是Si元素和C元素导致的。展开更多
本文采用物理气相传输法对不同衬底温度和温差下制备的氮化铝(AlN)晶体形貌进行研究,研究结果表明AlN晶体生长受到AlN晶面表面能、Al基元平均动能和AlN晶体表面极性的共同影响。当温差为60℃时,AlN晶体(0001)面生长速率小于(10-10)面,Al...本文采用物理气相传输法对不同衬底温度和温差下制备的氮化铝(AlN)晶体形貌进行研究,研究结果表明AlN晶体生长受到AlN晶面表面能、Al基元平均动能和AlN晶体表面极性的共同影响。当温差为60℃时,AlN晶体(0001)面生长速率小于(10-10)面,AlN以带状形式生长。将该工艺应用于AlN同质生长中,研究结果表明:温差为60℃时AlN晶体(0001)面呈现畴生长模式,该晶体质量最差;温差为35℃时AlN晶体(0001)面呈现台阶流生长模式,该晶体质量最优;温差为20℃时AlN晶体(0001)面呈现台阶簇生长模式,该晶体容易开裂。通过工艺优化最终获得了直径为40 mm AlN单晶衬底,完全满足器件制备需求。展开更多
利用相同器件工艺在两种不同材料结构上制备了Al N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT),研究了Al Ga N背势垒结构对器件特性的影响。测试结果表明,有背势垒结构的器件最大饱和电流密度和峰值跨导要小于无背势垒结构器件,栅压偏置为+1 V时,无...利用相同器件工艺在两种不同材料结构上制备了Al N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT),研究了Al Ga N背势垒结构对器件特性的影响。测试结果表明,有背势垒结构的器件最大饱和电流密度和峰值跨导要小于无背势垒结构器件,栅压偏置为+1 V时,无背势垒的Al N/Ga N HEMT器件最大饱和电流密度为1.02 A·mm-1,峰值跨导为304 m S·mm-1,有背势垒结构的器件饱和电流密度为0.75 A·mm-1,峰值跨导为252 m S·mm-1。有背势垒结构器件的亚阈值斜率为136 m V/dec,击穿电压为78 V;无背势垒结构器件的亚阈值斜率为150 m V/dec,击穿电压为64 V。栅长为0.25μm有背势垒结构的器件电流截止频率高于无背势垒结构器件,最高振荡频率要低于无背势垒结构的器件。展开更多
基金Shenzhen Science and Technology Program(JCYJ20210324141607019)Natural Science Foundation of Shandong Province(ZR2022QF044)National Natural Science Foundation of China(52202265)。
文摘通过热力学理论对物理气相传输(PVT)法AlN晶体生长过饱和度进行分析,分别从软件模拟和晶体生长实验对衬底表面的温度分布进行调控,进而控制衬底表面AlN晶体生长的驱动力。理论上,采用Comsol模拟软件对坩埚结构的温度分布进行模拟仿真,模拟结果表明:复合型衬底可以显著改变衬底表面的温度分布,达到改变衬底表面AlN气氛的过饱和度的目的;实验上,采用PVT法AlN晶体的生长实验验证了软件模拟结果。采用复合型衬底生长AlN晶体时,通过对衬底表面的温度分布调控可有效控制晶体生长驱动力,进而实现形核位置和形核数量的控制。经过6~8 h AlN晶体生长后,可获得尺寸约为12 mm、厚度约为3 mm的AlN单晶。喇曼光谱和XRD双晶摇摆曲线测试结果表明晶体质量良好。
文摘通过物理气相传输(PVT)法在石墨系统中制备了绿色、无色和琥珀色氮化铝(Al N)单晶,在金属系统中制备了琥珀色Al N单晶。晶体中杂质含量测试结果表明石墨系统中琥珀色的Al N晶体比绿色和无色Al N晶体C、Si杂质含量低1~2个数量级,金属系统中琥珀色Al N晶体杂质含量最低,C、Si、O元素含量均在1018cm-3级别。Al N晶体的吸收图谱和光致发光图谱的分析结果表明,Al N晶体存在着位于4.7 e V、3.5 e V、2.8 e V、1.85 e V的4个吸收峰,其中4.7 e V和3.5 e V的吸收峰导致了Al N吸收截止边的红移,该吸收峰分别源于碳占氮位(CN)的点缺陷和VAl与O杂质的复合缺陷,2.80 e V的吸收峰导致了Al N晶体的琥珀色,该吸收峰是C元素和O元素共同导致的,1.85 e V的吸收峰导致了Al N晶体的绿色,该吸收峰是Si元素和C元素导致的。
文摘本文采用物理气相传输法对不同衬底温度和温差下制备的氮化铝(AlN)晶体形貌进行研究,研究结果表明AlN晶体生长受到AlN晶面表面能、Al基元平均动能和AlN晶体表面极性的共同影响。当温差为60℃时,AlN晶体(0001)面生长速率小于(10-10)面,AlN以带状形式生长。将该工艺应用于AlN同质生长中,研究结果表明:温差为60℃时AlN晶体(0001)面呈现畴生长模式,该晶体质量最差;温差为35℃时AlN晶体(0001)面呈现台阶流生长模式,该晶体质量最优;温差为20℃时AlN晶体(0001)面呈现台阶簇生长模式,该晶体容易开裂。通过工艺优化最终获得了直径为40 mm AlN单晶衬底,完全满足器件制备需求。
基金National High-tech R＆D program of China （863 Program, 2014AA032602） National Key R＆D program （2016YFB0400400） Shanghai Engineering Research Center of Single Crystal Silicon Carbide
文摘利用相同器件工艺在两种不同材料结构上制备了Al N/Ga N高电子迁移率晶体管(HEMT),研究了Al Ga N背势垒结构对器件特性的影响。测试结果表明,有背势垒结构的器件最大饱和电流密度和峰值跨导要小于无背势垒结构器件,栅压偏置为+1 V时,无背势垒的Al N/Ga N HEMT器件最大饱和电流密度为1.02 A·mm-1,峰值跨导为304 m S·mm-1,有背势垒结构的器件饱和电流密度为0.75 A·mm-1,峰值跨导为252 m S·mm-1。有背势垒结构器件的亚阈值斜率为136 m V/dec,击穿电压为78 V;无背势垒结构器件的亚阈值斜率为150 m V/dec,击穿电压为64 V。栅长为0.25μm有背势垒结构的器件电流截止频率高于无背势垒结构器件,最高振荡频率要低于无背势垒结构的器件。
