CVD金刚石材料生长及氢终端金刚石场效应晶体管研究

发布时间：2021-06-27 17:01

　　金刚石属于新一代的超宽禁带半导体材料。金刚石具有禁带宽度大、载流子迁移率高、击穿场强高、热导率高、硬度大、化学稳定性好等一系列优异的性能,因此也被称为“终极半导体”。金刚石在高频大功率器件、光学窗口、高能粒子探测器、量子信息、生物传感器等领域具有巨大的应用潜力,但是目前仍然存在单晶面积小、生产成本高、掺杂困难等问题。高品质单晶金刚石目前主要是基于高温高压（HPHT）法合成的金刚石衬底进行同质外延生长而获得的。HPHT方法很难获得大尺寸单晶,这严重限制了外延单晶金刚石的尺寸,所以有必要对单晶金刚石进行扩大生长研究,获得高纯度、高质量、大尺寸的单晶金刚石。金刚石常用的硼（B）和磷（P）掺杂剂的激活能分别为0.37 eV和0.62 eV,激活能高、室温下难以有效电离。金刚石表面经过氢等离子体处理并暴露在空气中以后会在金刚石表面形成一层浓度在10¹²¹0¹⁴cm^-2的二维空穴气,但这层导电层具有不稳定的问题,因此基于氢终端表面的金刚石实现高性能、高稳定性的场效应晶体管器件仍然需要不断的努力。基于上述研究背景... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

金刚石结构原理图

成本和技术难度会随着反应室尺寸的增大而指数型增加，这使得 HPHT 技术很难获得大尺寸的单晶。图1.2 包含不同晶向的 HPHT 生长的单晶金刚石衬底CVD 技术突破了生长单晶金刚石过程中腔体尺寸的限制，并且能够在低压和较低的温度下实现金刚石的外延生长。非常适合低成本生长可用于电子器件等领域的高质量、低杂质、大面积的金刚石材料。现有的 CVD 设备，已经具有能够生长最大 6英寸或者更大面积金刚石的能力。CVD 外延单晶金刚石主要是在金刚石同质衬底上进行的，同质外延过程中，外延材料会继承来自衬底的延伸结构缺陷，因此想要获得低缺陷的 CVD 外延单晶金刚石需要高质量的单晶金刚石衬底。1968 年，B. V. Derjaguin 等人首次报道了在低压条件下合成金刚石[3]。此后，科学家们一直致力于开发生长高质量、大面积、低成本的金刚石生长技术。到了 20 世纪 80 年代，随着 CVD 合成金刚石技术的发展和进步，合成金刚石在各个领域的可能应用逐渐被发现

[15]。图1.3 侧向外延扩大金刚石尺寸的生长原理示意图图1.4 克隆拼接法实现大尺寸单晶金刚石原理图随着生长速率和材料质量的提高，低成本、大面单晶金刚石的实现成为了研究的热点。2009 年，Y. Mokuno 等人[16]将金刚石三维生长技术与剥离技术相结合，实现了12.6×13.3×3.7 mm3的单晶金刚石，如图 1.3 所示，他们使用六个面均为（100）的金刚石衬底，先分别在衬底的侧面进行生长，扩大衬底的面积，然后抛光后在扩大后的金刚石上表面进行垂直方向的外延，得到了大面的单晶金刚石。2010 年[17]他们又生长了厚度达到 9 mm 的单晶金刚石

【参考文献】：
期刊论文
[1]Ar对微波等离子体CVD单晶金刚石生长的影响[J]. 林晓棋,满卫东,吕继磊,张玮,江南.  人工晶体学报. 2015(02)

博士论文
[1]原子层沉积技术在光电转换器件表、界面中的研究[D]. 卢豪.苏州大学 2017



本文编号：3253244