作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的代表,氮化鋁（AlN）晶體具有寬帶隙,高擊穿電場、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速率以及高抗輻射能力等優(yōu)點(diǎn),在高溫、高頻、高功率電子器件的制備方面具有廣闊的應(yīng)用前景。高質(zhì)量單晶氮化鋁襯底的研發(fā)以及下游相關(guān)器件的制造將極大促進(jìn)通信、能源、航天、國防等方面的發(fā)展。目前,世界范圍內(nèi)對AlN襯底的制備技術(shù)還處于技術(shù)研發(fā)階段,產(chǎn)品稀少且價格昂貴。國內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)和單位相繼開展了相關(guān)研究,但在晶體尺寸、晶體質(zhì)量以及襯底的器件應(yīng)用等方面,均與國際先進(jìn)水平存在明顯差距。物理氣相傳輸（PVT）法被公認(rèn)為是能夠制備出高質(zhì)量、大尺寸AlN單晶體的主流技術(shù),但受測試手段所限,無法直觀地觀測晶體生長期間各種條件狀態(tài),難以及時反饋進(jìn)行工藝調(diào)整。本文采用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,針對AlN晶體生長工藝進(jìn)行研究。本文使用模擬仿真軟件VR-PVT AlN,通過晶體生長爐仿真模型的建立以及工藝參數(shù)的設(shè)定,對生長工藝中涉及的物理及化學(xué)過程,包括溫度場分布、氣流傳輸方式、不同介質(zhì)之間的熱傳導(dǎo)、熱輻射、晶體形狀演變等進(jìn)行研究。通過模擬軟件內(nèi)置演算工具對焓變方程、湍流方程、熱力學(xué)及動力學(xué)方程等的聯(lián)立... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

AlN晶體及襯底1

Ala)AlN基深紫外LEDb

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文期過長，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以及時對生長工藝進(jìn)行反饋，擬通過試驗(yàn)得到晶體生長的最佳生長工藝將耗費(fèi)大量的人力物力和時間成本。圖1-3PVT法原理示意圖計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)具有成本低廉、模擬精度高的優(yōu)點(diǎn)。本文通過模擬仿真技術(shù)對AlN晶體生長工藝進(jìn)行研究，探究加熱器位置及功率、進(jìn)氣壓力、原料狀態(tài)、籽晶沉積片性質(zhì)等條件對晶體生長質(zhì)量的影響，并對不同時間段的晶體生長狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對晶體爐內(nèi)部溫場及流場的優(yōu)化，得到質(zhì)量高、尺寸大、缺陷低的晶體生長工藝。這對于降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)核心競爭力具有重要意義。1.2氮化鋁晶體的結(jié)構(gòu)作為的III-V族代表性半導(dǎo)體材料，氮化鋁晶體主要有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)(α-phase)和立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)(β-phase)兩種結(jié)構(gòu)[19]。AlN晶體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，而立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)屬于亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，常壓下不穩(wěn)定，只有在高壓下才能穩(wěn)定存在。氮原子層和鋁原子層在晶體中的不同堆疊方式是六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)和立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的區(qū)別之處。纖鋅礦結(jié)構(gòu)的堆積方式為ABABABA……，而閃鋅礦結(jié)構(gòu)的堆積方式為ABCABCA……，這兩種結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上的堆積方式相同。圖1-4[20]a)為纖鋅礦氮化鋁晶體的原子排列結(jié)構(gòu)，Al原子和N原子相互嵌套構(gòu)成四面體子晶格，在其結(jié)構(gòu)中每個Al原子與最鄰近的四個N構(gòu)成一個四面體，每個N原子與最鄰近的四個Al也同樣構(gòu)成一個四面體。無論是N原子還是Al原子，若從單個原子角度觀察，配位方式是相同的，兩種原子形成子晶格沿c軸平移0.385c0嵌套構(gòu)成AlN晶體。圖1-4b)為AlN晶體的四面體子晶格中鍵長及鍵角示意圖，Al-N鍵的鍵長有兩種，分別為0.1917nm和0.1885nm，鍵角∠NAlN也有兩種，分別為107.7°和110.5°，產(chǎn)生這兩種鍵長和鍵角的原因在于Al-N化合鍵的雜化方式不同[21]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Wet etching and infrared absorption of AlN bulk single crystals[J]. 李巍巍,趙有文,董志遠(yuǎn),楊俊,胡煒杰,客建紅.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2009(07)

博士論文
[1]物理氣相傳輸法生長氮化鋁晶體的機(jī)制研究[D]. 金雷.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]高質(zhì)量氮化鋁晶體制備技術(shù)的分析[D]. 魯正乾.鄭州大學(xué) 2018



本文編號：3265001