氮化鋁(AlN)是一種非常重要的超寬禁帶半導體材料,它具有優(yōu)異的物理性質和化學性質,在制造高頻大功率器件和深紫外光電子器件領域有著廣闊的應用前景。作為新型半導體材料,國內(nèi)關于AlN的研究仍處于起步階段,高質量的單晶生長、半導體性能的優(yōu)化以及器件和應用方面的探索還有待系統(tǒng)研究。物理氣相傳輸法(PVT)具有生長速度快,晶體質量高以及可生長大體塊AlN晶體的優(yōu)點,被認為是未來實現(xiàn)AlN晶體商業(yè)化應用的理想方法。為了獲得大尺寸高質量的AlN晶體,生長系統(tǒng)內(nèi)合適的溫度場是關鍵因素。本文利用數(shù)值模擬的方法研究了不同熱場區(qū)結構的溫度場分布,總結溫度場變化的規(guī)律,并以此指導和優(yōu)化AlN晶體生長工藝,分別通過自發(fā)成核和6H-SiC為籽晶的策略生長AlN晶體。論文的主要研究工作和結果如下:1.模擬不同熱場區(qū)結構的溫度場,總結裝配參數(shù)等因素對溫度場分布的影響規(guī)律。采用CrysMas軟件模擬了加熱功率、坩堝與感應線圈的相對位置、測溫孔的大小對AlN晶體生長室溫度場分布的影響,結果表明加熱功率正比于生長溫度,隨著生長溫度的升高,軸向和徑向溫度梯度都隨之增加;隨著坩堝從相對位置為0的位置向上移動,高溫區(qū)向坩堝的下...

【文章頁數(shù)】：172 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 AlN晶體的結構及基本性質
        1.2.1 AlN晶體的結構
        1.2.2 AlN晶體的基本性質
    1.3 AlN晶體中的缺陷
        1.3.1 AlN晶體中的點缺陷
        1.3.2 AlN晶體中的線缺陷
        1.3.3 AlN晶體中的面缺陷
        1.3.4 AlN晶體中的體缺陷
    1.4 AlN晶體的生長方法
        1.4.1 MOCVD法生長AlN晶體
        1.4.2 HVPE法生長AlN晶體
        1.4.3 助熔劑法生長AlN晶體
        1.4.4 PVT法生長AlN晶體
    1.5 選題依據(jù)和主要研究內(nèi)容
    參考文獻
第二章 PVT法生長AIN晶體溫度場的數(shù)值模擬研究
    2.1 引言
    2.2 PVT法生長AlN晶體的簡要概述
        2.2.1 AlN晶體的生長設備
        2.2.2 AlN晶體的生長過程
        2.2.3 AlN晶體的生長原理
        2.2.4 AlN晶體生長熱力學和動力學的分析
    2.3 坩堝的選擇和TaC坩堝的制備
        2.3.1 坩堝的選擇
        2.3.2 TaC坩堝的制備及其表征
    2.4 原料的純化和多晶料的燒結
        2.4.1 原料燒結純化工藝的探索
        2.4.2 AlN多晶料的物相分析
        2.4.3 AlN多晶料的形貌分析
        2.4.4 AlN多晶料雜質元素含量的檢測
    2.5 溫度場數(shù)值模擬的介紹
        2.5.1 溫度場數(shù)值模擬的必要性
        2.5.2 數(shù)值模擬原理的簡單介紹
        2.5.3 中頻感應加熱的原理和傳熱方式
    2.6 溫度場分布影響因素及數(shù)值模擬的研究
        2.6.1 加熱功率對溫度場分布的影響
        2.6.2 坩堝與感應線圈的相對位置對溫度場分布的影響
        2.6.3 測溫孔的大小對溫度場分布的影響
        2.6.4 其他因素對溫度場分布的影響
    2.7 本章小結
    參考文獻
第三章 PVT法生長AlN納米線及其性質的研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 AlN納米線的生長
        3.2.2 AlN納米線的表征方法
        3.2.3 AlN晶體表面能的第一性原理計算
        3.2.4 AlN納米線I-V測試器件的制備
        3.2.5 AlN納米線場發(fā)射性質的測量
    3.3 生長溫度對AlN晶體形態(tài)的影響
    3.4 AlN納米線的制備和表征
        3.4.1 AlN納米線的制備和形貌分析
        3.4.2 AlN納米線的結構分析
        3.4.3 AlN納米線生長機理的研究
    3.5 AlN納米線的性質研究
        3.5.1 光學性質
        3.5.2 電學性質
        3.5.3 場發(fā)射性質
    3.6 本章小結
    參考文獻
第四章 PVT法自發(fā)成核生長AIN晶體的研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 AlN晶體的生長
        4.2.2 表征方法
    4.3 溫度場分布對晶體生長的影響
        4.3.1 坩堝相對位置對晶體生長的影響
        4.3.2 熱力學和動力學分析
        4.3.3 坩堝相對位置對溫度場分布影響的模擬分析
    4.4 自發(fā)成核生長c面AlN單晶
        4.4.1 c面AlN單晶的結構分析
        4.4.2 c面AlN單晶的內(nèi)部應力分析
    4.5 AlN晶體迭代生長的研究
        4.5.1 AlN晶體的質量表征
        4.5.2 光學性質
    4.6 AlN晶體生長面的表面形貌研究
    4.7 AlN晶體生長后剩余原料的分析
    4.8 本章小結
    參考文獻
第五章 利用6H-SiC籽晶PVT法生長AlN晶體的研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 AlN晶體的生長
        5.2.2 表征方法
    5.3 SiC襯底的介紹
    5.4 6H-SiC籽晶Si極性面生長AlN晶體的生長機理研究
        5.4.1 SiC籽晶上金字塔形狀小丘的形成
        5.4.2 SiC籽晶上三維島狀AlN晶核的形成
        5.4.3 SiC籽晶上三維島狀AlN晶核的合并
        5.4.4 SiC籽晶上生長的AlN晶體
    5.5 6H-SiC籽晶上生長AlN晶體的晶體學取向關系
    5.6 SiC籽晶生長AlN晶體中存在的問題
        5.6.1 SiC籽晶的降解現(xiàn)象
        5.6.2 SiC籽晶生長AlN晶體中的體缺陷
    5.7 AlN/SiC晶體制備光電探測器的研究
    5.8 本章小結
    參考文獻
第六章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 有待深入研究的問題
致謝
攻讀博士學位期間取得的成果和獎勵
附件
學位論文評閱及答辯情況表



本文編號：3800359