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PVT法AlN单晶生长技术研究进展及其面临挑战 被引量：12
1
作者 付丹扬 龚建超 +3 位作者 雷丹 黄嘉丽 王琦琨 吴亮 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第7期1141-1156,共16页
氮化铝(AlN)具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率(340 W/(m·℃))、高击穿场强(11.7 MV/cm)、良好的紫外透过率、高化学和热稳定性等优异性能,是氮化镓基(GaN)高温、高频、高功率电子器件以及高Al组分深紫外光电器件的理想衬底材料... 氮化铝(AlN)具有超宽禁带宽度(6.2 eV)、高热导率(340 W/(m·℃))、高击穿场强(11.7 MV/cm)、良好的紫外透过率、高化学和热稳定性等优异性能,是氮化镓基(GaN)高温、高频、高功率电子器件以及高Al组分深紫外光电器件的理想衬底材料。物理气相传输(PVT)法是制备大尺寸高质量AlN单晶最有前途的方法。本文介绍了AlN单晶的晶体结构、基本性质及PVT法生长AlN晶体的原理与生长习性。基于AlN单晶PVT生长策略,综述了自发形核工艺、同质外延工艺及异质外延工艺的研究历程,各生长策略的优缺点及其最新进展。最后对PVT法生长AlN单晶的发展趋势及其面临的挑战进行了简要展望。 展开更多
关键词 AlN单晶 PVT 自发形核生长 同质外延生长 异质外延生长
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物理气相传输法生长1英寸AlN单晶及其表征分析 被引量：4
2
作者 贺广东 王琦琨 +4 位作者 雷丹 龚建超 黄嘉丽 付丹扬 吴亮 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2019年第9期1604-1607,共4页
本文采用物理气相传输法(PVT)及同质外延工艺,在自发生长的6 mm×7 mm AlN籽晶片上,通过4次迭代,成功生长出高质量1英寸AlN单晶锭。将生长出的单晶锭经过切片、研磨和抛光工艺加工成1英寸低表面粗糙度的单晶片,并采用拉曼光谱仪、... 本文采用物理气相传输法(PVT)及同质外延工艺,在自发生长的6 mm×7 mm AlN籽晶片上,通过4次迭代,成功生长出高质量1英寸AlN单晶锭。将生长出的单晶锭经过切片、研磨和抛光工艺加工成1英寸低表面粗糙度的单晶片,并采用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、高分辨率X射线衍射仪、分光光度计对籽晶片与外延晶片进行结晶质量、位错密度以及紫外透光率等性能表征。结果表明:外延晶片的拉曼E2(high)半高宽为2.86 cm^-1,(002)面XRD摇摆曲线半高宽为241 arcsec,说明晶片具有很高的结晶质量;经过同质外延4次迭代后的晶片较初始籽晶片相比质量有所下降,说明生长过程中由于非平衡生长存在缺陷的增殖;外延晶片具有极其优异的紫外透光率,深紫外265~280 nm波段下的吸收系数低至19~21.5 cm^-1。 展开更多
关键词 氮化铝 物理气相传输 同质外延 紫外透光率
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PVT同质外延生长AlN单晶初期模拟及其实验研究 被引量：3
3
作者 黄嘉丽 王琦琨 +6 位作者 贺广东 雷丹 付丹扬 龚建超 任忠鸣 邓康 吴亮 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3209-3214,共6页
使用FEMAG晶体生长模拟仿真软件及自主开发的PVT法有限元多相流传质模块对用自主设计的全自动、双电阻加热气相沉积炉同质外延生长AlN单晶初期温度场及传质过程进行了模拟仿真研究,并基于模拟结果开展了同质外延长晶实验。模拟仿真及实... 使用FEMAG晶体生长模拟仿真软件及自主开发的PVT法有限元多相流传质模块对用自主设计的全自动、双电阻加热气相沉积炉同质外延生长AlN单晶初期温度场及传质过程进行了模拟仿真研究,并基于模拟结果开展了同质外延长晶实验。模拟仿真及实验研究表明:通过生长初期的梯度反转工艺可有效消除氧、碳及氢等杂质表面污染;坩埚的合理位置对同质外延生长AlN单晶时的温度梯度、Al/N蒸气传输及生长速率等至关重要;在距炉体底部420mm处为理想的坩埚埚位。 展开更多
关键词 AlN单晶 同质外延生长 初始长晶 多相流传质 模拟仿真
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PVT法同质外延制备大尺寸Al极性氮化铝晶体生长工艺及其表征分析研究
4
作者 李哲 张刚 +4 位作者 付丹扬 王琦琨 雷丹 任忠鸣 吴亮 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第2期208-215,共8页
本文基于自主设计的氮化铝生长炉,开展了四组不同工艺条件下Al极性面氮化铝籽晶同质外延生长氮化铝单晶的生长特征及其结晶质量表征研究。研究发现:不同工艺条件下生长的晶体的拉曼图谱E 2(high)特征峰峰位表明,晶体内部均存在较小的拉... 本文基于自主设计的氮化铝生长炉,开展了四组不同工艺条件下Al极性面氮化铝籽晶同质外延生长氮化铝单晶的生长特征及其结晶质量表征研究。研究发现:不同工艺条件下生长的晶体的拉曼图谱E 2(high)特征峰峰位表明,晶体内部均存在较小的拉应力;在坩埚顶部在相对较高温度2210℃、坩埚底部与顶部温差42℃的低过饱和度生长条件下,晶体表面光滑,呈现阶梯流生长形貌,并具有典型的氮化铝单晶生长习性面,晶体初始扩张角大于40°,高分辨率X射线衍射(HRXRD)测得0002、1012反射摇摆曲线及拉曼光谱检测结果表明,该条件下生长的氮化铝晶体结晶质量优异,并可实现快速扩径。基于该生长条件,通过外延生长后成功获得尺寸∅45~47 mm的氮化铝单晶锭,相关表征结果表明生长的氮化铝晶体具有优越的结晶性能。 展开更多
关键词 氮化铝 物理气相传输法 同质外延 生长条件 结晶质量
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坩埚位置对PVT生长AlN晶体过程中物质传输的影响 被引量：1
5
作者 雷丹 王琦琨 +4 位作者 黄嘉丽 贺广东 龚建超 付丹扬 吴亮 《半导体光电》 CAS 北大核心 2019年第5期665-670,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 ALN 物理气相传输法 模拟仿真 坩埚埚位 物质传输
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籽晶台形状对PVT法同质外延生长氮化铝单晶初始生长的影响
6
作者 张刚 付丹扬 +4 位作者 李哲 黄嘉丽 王琦琨 任忠鸣 吴亮 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第1期27-34,共8页
借助专业晶体生长模拟软件FEMAG和自主开发的对流、传质、过饱和度及生长速率预测等有限元模块研究了物理气相传输法(PVT)同质外延生长氮化铝(AlN)单晶工艺时的初始传热及传质过程,并分析了不同形状籽晶台对生长室内的温度场、流场、过... 借助专业晶体生长模拟软件FEMAG和自主开发的对流、传质、过饱和度及生长速率预测等有限元模块研究了物理气相传输法(PVT)同质外延生长氮化铝(AlN)单晶工艺时的初始传热及传质过程,并分析了不同形状籽晶台对生长室内的温度场、流场、过饱和度及生长速率的影响。温度场模拟结果表明籽晶台侧部角度改变可影响籽晶表面轴向及径向温度梯度,流场及传质模拟表明籽晶台侧部角度变化对籽晶台周边的传质有巨大影响。传质及过饱和度模拟结果表明,当籽晶台侧部角度为130°时,籽晶表面温度梯度较小且可以完全抑制籽晶台侧部多晶沉积,有利于通过同质外延工艺生长出无寄生、无裂纹的高质量氮化铝单晶锭。 展开更多
关键词 氮化铝 物理气相传输法 同质外延生长 籽晶台 数值模拟 过饱和度 温度梯度
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高温退火工艺对直流反应磁控溅射制备蓝宝石基氮化铝模板的影响 被引量：1
7
作者 刘欢 朱如忠 +5 位作者 龚建超 王琦琨 付丹扬 雷丹 黄嘉丽 吴亮 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第8期1541-1547,共7页
采用直流反应磁控溅射与高温退火工艺大批量制备了膜厚为200 nm、400 nm及800 nm的2英寸蓝宝石基氮化铝模板,并对高温退火前后不同膜厚模板使用各种表征手段进行对比分析。结果表明:采用磁控溅射制备膜厚为200 nm的模板经高温退火后晶... 采用直流反应磁控溅射与高温退火工艺大批量制备了膜厚为200 nm、400 nm及800 nm的2英寸蓝宝石基氮化铝模板,并对高温退火前后不同膜厚模板使用各种表征手段进行对比分析。结果表明:采用磁控溅射制备膜厚为200 nm的模板经高温退火后晶体质量得到显著提升,退火前后整片(0002)面和(10-12)面高分辨率X射线衍射摇摆曲线半高宽分别从632~658 arcsec和2580~2734 arcsec下降至70.9~84.5 arcsec和273.6~341.6 arcsec;模板5μm×5μm区域内均方根粗糙度小于1 nm;紫外波段260~280 nm吸收系数为14~20 cm^-1;高温退火前后拉曼图谱E 2(high)声子模特征峰半高宽从13.5 cm^-1降至5.2 cm^-1,峰位从656.6 cm^-1移动至657.6 cm^-1,表明氮化铝模板内的拉应力经高温退火后得到释放,接近无应力状态。 展开更多
关键词 氮化铝 磁控溅射 高温退火 结晶质量 蓝宝石基 模板
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