“氧化镓晶体与器件”专题——破局第四代半导体的创新实践

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作者 齐红基 贾志泰 +4 位作者 张洪良 董鑫 程红娟 周弘 徐光伟 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期I0004-I0005,I0002,I0003,共4页

氧化镓(Ga_(2)O_(3))作为超宽禁带半导体材料的代表,凭借其超宽禁带(4.4~4.9 eV)、高临界击穿场强(8 MV/cm)及优异的Baliga优值(理论值达SiC的10倍、GaN的4倍),被视为突破传统半导体性能极限的关键材料。然而,其产业化进程长期受限于低... 氧化镓(Ga_(2)O_(3))作为超宽禁带半导体材料的代表,凭借其超宽禁带(4.4~4.9 eV)、高临界击穿场强(8 MV/cm)及优异的Baliga优值(理论值达SiC的10倍、GaN的4倍),被视为突破传统半导体性能极限的关键材料。然而,其产业化进程长期受限于低热导率、p型掺杂困难、大尺寸单晶制备困难等问题。近年来,国家“十四五”规划将超宽禁带半导体列为重点攻关方向,“大尺寸氧化镓半导体材料与高性能器件”研究获国家重点研发计划支持,亟需学术界与产业界通过协同创新打通从材料到器件的全链条技术壁垒。 展开更多

关键词 宽禁带半导体材料 氧化镓 P型掺杂 半导体 国家重点研发计划 创新实践 协同创新 技术壁垒

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高可靠性无铝有源层808 nm半导体激光器泵浦源 被引量：1

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作者 刘鹏 朱振 +3 位作者 陈康 王荣堃 夏伟 徐现刚 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第4期757-761,共5页

针对高功率808 nm激光器泵浦源的应用需求,设计并制备了InGaAsP/GaInP材料体系的无铝有源区半导体激光器。使用双非对称的限制层及波导层结构,降低了P侧材料的热阻及光吸收。优化了金属有机化学气相沉积(MOCVD)中As和P混合材料的生长条... 针对高功率808 nm激光器泵浦源的应用需求,设计并制备了InGaAsP/GaInP材料体系的无铝有源区半导体激光器。使用双非对称的限制层及波导层结构,降低了P侧材料的热阻及光吸收。优化了金属有机化学气相沉积(MOCVD)中As和P混合材料的生长条件,制备出界面陡峭的四元InGaAsP单晶外延薄膜。制作的激光器室温测试阈值电流为1.5 A,斜率效率为1.26 W/A,10 A下的功率达到10.5 W,功率转换效率为58%。连续电流测试最大功率为23 W@24.5 A,准连续电流测试最大功率为54 W@50 A,没有产生灾变性光学损伤(COD)。在15 A电流加速老化下,激光器工作4200 h未出现功率衰减及COD现象,说明制备的无铝有源区808 nm激光器具有高可靠性的输出性能。 展开更多

关键词 无铝材料 高可靠性 INGAASP 808 nm 非对称 泵浦源 半导体激光器

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介尺度设计功能新材料研究进展 被引量：2

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作者 史国强 徐珂 +1 位作者 陈昆峰 薛冬峰 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1-9,共9页

随着材料多尺度问题的认识与提高,新材料设计的构效关系已经远远超越了结构-性能关联,而是往更加本质的体系自由度及其耦合机制方向深入拓展。新材料设计需要从材料的量子本质明确其性质来源。介尺度结构的动态演变过程表现出了丰富的... 随着材料多尺度问题的认识与提高,新材料设计的构效关系已经远远超越了结构-性能关联,而是往更加本质的体系自由度及其耦合机制方向深入拓展。新材料设计需要从材料的量子本质明确其性质来源。介尺度结构的动态演变过程表现出了丰富的量子效应,同时材料中的电荷、自旋、轨道、晶格、缺陷、掺杂等自由度及其耦合是材料丰富功能的本质起源。基于介尺度动态结构演变的思想,建立从“分立结构”到“动态结构”到“多尺度多层次结构”的新材料设计思路,基于多自由度耦合范式建立多自由度耦合、解耦的模型,定性、定量、定位地表达各种相互作用对功能材料性质的贡献,是实现功能新材料量子设计的有效途径。重点论述了介尺度设计功能新材料的最新研究进展,特别集中于团簇、量子点、量子材料、稀土基材料等介尺度调控及其特殊性能。 展开更多

关键词 介尺度 多自由度 量子设计 功能新材料

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高纯钽铌原料研究进展

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作者 张衡 陈昆峰 薛冬峰 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1-12,共12页

钽铌金属广泛应用于集成电路、航空航天、汽车、超导等领域,是不可或缺的战略材料。首先,介绍了钽铌资源分布、湿法冶金和高纯材料制备的内容,分析了国内外现状。文章指出世界钽铌资源主要分布在巴西、加拿大、澳大利亚和非洲地区等国家... 钽铌金属广泛应用于集成电路、航空航天、汽车、超导等领域,是不可或缺的战略材料。首先,介绍了钽铌资源分布、湿法冶金和高纯材料制备的内容,分析了国内外现状。文章指出世界钽铌资源主要分布在巴西、加拿大、澳大利亚和非洲地区等国家,中国钽铌资源品位低难利用,高度依赖进口。钽铌的湿法冶金方法分为碱法、酸法和氯化法,碱法有碱熔法和碱性水热法,酸法有硫酸法和氢氟酸法。而高纯氧化物的制备须经历浸出、萃取、分离提纯、过滤洗涤和煅烧过程。其次,阐述了利用真空电子束熔炼制备高纯钽铌和金属中杂质元素去除的方法,该法可使钽纯度在5 N(99.999%)以上,铌纯度在4 N(99.99%)以上。最后,对高纯钽铌原料在集成电路、人工晶体生长等领域的应用及需求进行了介绍,对高纯钽铌制备技术及产品的国内外企业进行了分析对比,指出了未来高纯钽铌原料发展方向。 展开更多

关键词 钽铌原料 湿法冶金 高纯钽铌制备 真空电子束熔炼 高纯靶材

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多尺度晶体材料的原位表征技术与计算模拟研究进展 被引量：3

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作者 陈昆峰 胡乾宇 +1 位作者 刘锋 薛冬峰 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期256-269,共14页

大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的... 大尺寸晶体材料是半导体、激光、通讯等领域的基础原料,大尺寸、高品质晶体材料的制备已成为制约相关行业发展的瓶颈。我国面临的“卡脖子”技术中大多与关键基础材料相关。大尺寸晶体材料制备理论与技术是我国新材料产业高质量发展的一个重要方面,也是提升相应高技术产业的基础,突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术是获得高品质大尺寸晶体材料的关键。探究并准确理解大尺寸晶体生长机理需要借助原位表征技术和多尺度计算模拟方法。单一的原位表征和模拟技术只能探究特定时间和空间范围内的结晶信息,为了准确反映结晶过程需要综合应用多种方法。本文综述了最新的多尺度晶体生长研究的原位表征方法、多尺度计算模拟技术以及机器学习方法,为发展结晶理论和控制晶体品质提供重要的实验和理论依据,并将为提升大尺寸晶体生长工艺的开发而服务。 展开更多

关键词 晶体生长 多尺度结晶 振动光谱 原位观测 多尺度模拟计算 综述

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稀土倍半氧化物晶体材料研究进展 被引量：2

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作者 刘锋 陈昆峰 薛冬峰 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期95-101,共7页

稀土倍半氧化物晶体是一类非常适合用于超快激光增益介质、磁光介质的材料,人们对其研究始于20世纪20年代,其由于具有高热导率、宽荧光光谱、低声子能量等优点,至今仍然是先进材料领域的研究热点。“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论... 稀土倍半氧化物晶体是一类非常适合用于超快激光增益介质、磁光介质的材料,人们对其研究始于20世纪20年代,其由于具有高热导率、宽荧光光谱、低声子能量等优点,至今仍然是先进材料领域的研究热点。“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”位列2021年中国科协发布的十大前沿科学问题之首,这也明确了提高大尺寸晶体材料的制备技术是晶体商业应用的关键。材料的结晶本征属性及其晶体质量是多尺度水平上体系不同自由度相互耦合的结果,因此,开发高品质的稀土倍半氧化物材料需要从多尺度水平上研究体系中稀土离子键合、熔体结构演化、晶体生长等多层次多因素问题。本文聚焦在微观尺度上稀土离子电负性的强弱对熔体中阳离子配位数的影响、熔体结构的实验与模拟计算研究以及晶体生长等方面的最新进展。稀土倍半氧化物熔点高(≥2400℃),限制了铱坩埚以及大多数熔体法生长技术的使用,导致英寸级稀土倍半氧化物晶体开发缓慢。采用助溶剂法、热交换法以及设计低熔点组分是制备大尺寸高质量稀土倍半氧化物晶体的研发重点。为了推动稀土倍半氧化物的商业化应用,揭示稀土离子配位结构、熔体结构演化、生长过程中的缺陷形成机制,开发大尺寸晶体生长技术是目前需要亟待解决的关键科学挑战和技术瓶颈。 展开更多

关键词 稀土倍半氧化物晶体 计算模拟 晶体生长与制备

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金刚石单晶中的位错及其对器件影响的研究进展

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作者 韩赛斌 胡秀飞 +7 位作者 王英楠 王子昂 张晓宇 彭燕 葛磊 徐明升 徐现刚 冯志红 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第20期33-46,共14页

金刚石是超宽禁带半导体材料的代表之一,具有禁带宽度大、热导率高、载流子迁移率高、电子饱和漂移速度快、抗辐射性能好等优异性质,在功率器件、量子信息、辐射探测等高科技领域的应用越来越广泛。然而,与其他成熟的半导体材料如Si的... 金刚石是超宽禁带半导体材料的代表之一,具有禁带宽度大、热导率高、载流子迁移率高、电子饱和漂移速度快、抗辐射性能好等优异性质,在功率器件、量子信息、辐射探测等高科技领域的应用越来越广泛。然而,与其他成熟的半导体材料如Si的零位错、SiC的螺位错(TSD)低于10^(2)cm^(-2)相比,金刚石单晶的位错密度处于10^(3)~10^(8)cm^(-2),这是其器件性能未能充分发挥的原因之一。研究位错机理和降低位错也是现阶段金刚石研究的热点之一。本文汇总分析了金刚石单晶中位错的主要类型和位错产生原因,重点讨论了金刚石位错的表征技术、位错密度降低方法以及位错的存在对不同器件性能的影响,最后总结了金刚石当前所面临的机遇和挑战,并展望了金刚石未来发展方向。 展开更多

关键词 金刚石 位错 位错检测技术 位错密度降低方法 缺陷

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两步烧结法对AlN原料提纯工艺的研究

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作者 吕令爽 曹文豪 +6 位作者 俞瑞仙 王守志 王国栋 朱亚军 杜家宸 徐现刚 张雷 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期51-55,93,共6页

氮化铝(AlN)晶体作为超宽禁带半导体材料的代表之一,具有大的禁带宽度、高热导率、高的击穿场强等优异性质,在深紫外光电器件和大功率电子器件等领域具有重要的应用。在氮化铝晶体的生长过程中,AlN原料中的O、C含量过高导致晶体内部缺... 氮化铝(AlN)晶体作为超宽禁带半导体材料的代表之一,具有大的禁带宽度、高热导率、高的击穿场强等优异性质,在深紫外光电器件和大功率电子器件等领域具有重要的应用。在氮化铝晶体的生长过程中,AlN原料中的O、C含量过高导致晶体内部缺陷浓度过高或者生长多晶,从而会影响生长后的AlN单晶质量。该研究提出一种两步烧结工艺对AlN原料进行提纯,并使用扫描电子显微镜(SEM),氧氮氢气体分析仪、碳硫气体分析仪对烧结后的样品进行表征。SEM结果表明,AlN粉末的粒径从1~3μm增加到100μm左右,比表面积减小,降低了O杂质的吸附,并且烧结之后的AlN粉末颗粒具有良好的结晶性。氧氮氢气体分析仪、碳硫气体分析仪结果表明,O元素杂质含量从7900μg/g降低至640μg/g,C元素杂质从420μg/g降低至57μg/g。综上所述,两步烧结工艺是控制AlN粉末比表面积的有效途径,能够有效去除AlN中的O、C等杂质,提高了AlN原料的结晶质量,为高质量AlN晶体生长奠定基础。 展开更多

关键词 AlN原料 提纯 烧结工艺 O杂质 C杂质

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铌酸锂晶体铁电畴调控及器件应用研究进展 被引量：3

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作者 陈宇能 陈昆峰 薛冬峰 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1-13,共13页

铌酸锂是一种多功能晶体,具有压电、铁电、热释电、电光、声光、光弹、非线性等物理性质。随着铌酸锂铁电畴工程的不断进步和铌酸锂单晶薄膜技术的发展,铌酸锂的诸多优异性能已被开发出来,广泛应用于光波导、电光调制器、非线性光学、... 铌酸锂是一种多功能晶体,具有压电、铁电、热释电、电光、声光、光弹、非线性等物理性质。随着铌酸锂铁电畴工程的不断进步和铌酸锂单晶薄膜技术的发展,铌酸锂的诸多优异性能已被开发出来,广泛应用于光波导、电光调制器、非线性光学、量子器件等领域,未来在光子学方面的广泛应用可能形成“铌酸锂谷”时代。着重介绍了铌酸锂的畴反转方法、生长机制、畴结构表征手段、铁电畴工程的应用,以及铌酸锂薄膜器件如光波导、电光器件、量子器件的最新研究进展。伴随着铌酸锂从“体块”走向“薄膜”,结合微加工技术使铌酸锂的应用领域从独立器件向小型多器件集成芯片转变,铌酸锂铁电畴工程在构建小型全集成芯片过程中将具有更重要的作用。 展开更多

关键词 铌酸锂 铁电体 畴反转 电光应用 量子器件

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4英寸高质量GaN单晶衬底制备

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作者 齐占国 王守志 +11 位作者 李秋波 王忠新 邵慧慧 刘磊 王国栋 孙德福 于汇东 蒋铠泽 张爽 陈秀芳 徐现刚 张雷 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第4期717-720,共4页

本研究结合多孔衬底技术和应力调控策略,成功突破异质外延GaN单晶生长中的位错延伸与应力控制难题,制备出直径4英寸(1英寸=2.54 cm)的高质量GaN单晶。经切割、倒角、研磨及化学机械抛光等加工后,获得厚度500μm的无损伤、超光滑4英寸自... 本研究结合多孔衬底技术和应力调控策略,成功突破异质外延GaN单晶生长中的位错延伸与应力控制难题,制备出直径4英寸(1英寸=2.54 cm)的高质量GaN单晶。经切割、倒角、研磨及化学机械抛光等加工后,获得厚度500μm的无损伤、超光滑4英寸自支撑GaN单晶衬底。该衬底兼具优异的结晶质量与出色的力学稳定性,表面无裂纹,应力分布均匀;阴极荧光光谱(CL)表征位错密度为9.6×10^(5)cm^(-2),高分辨X射线衍射(HRXRD)(002)面摇摆曲线半峰全宽低至57.91″;原子力显微镜(AFM)测得表面粗糙度Ra<0.2 nm,呈现原子级平整表面。制备的衬底开盒即用,能够满足蓝绿激光器及电力电子器件的需求。 展开更多

关键词 GaN单晶衬底 4英寸 氢化物气相外延 晶体生长 晶体加工

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单晶金刚石声子非简谐衰减效应研究

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作者 李斌 胡秀飞 +8 位作者 杨旖秋 王英楠 谢雪健 彭燕 杨祥龙 王希玮 胡小波 徐现刚 冯志红 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第3期442-451,共10页

随着金刚石作为散热材料在大功率半导体器件、激光器、微波器件和大规模集成电路等领域中的应用愈加广泛,通过对金刚石局部进行精确测温以评价其散热性能是一个重要的研究课题。本文使用拉曼光谱仪对不同掺杂类型的高温高压(HTHP)样品... 随着金刚石作为散热材料在大功率半导体器件、激光器、微波器件和大规模集成电路等领域中的应用愈加广泛,通过对金刚石局部进行精确测温以评价其散热性能是一个重要的研究课题。本文使用拉曼光谱仪对不同掺杂类型的高温高压(HTHP)样品和化学气相沉积(CVD)样品在228~678 K进行检测,得到了金刚石样品TO模拉曼峰位、半峰全宽等与温度的一一对应关系,并通过理论计算模型明确了热膨胀、三声子、四声子随温度变化对拉曼峰位、半峰全宽的贡献。理论和实验测试结果发现:不同掺杂以及不同类型样品的拉曼光谱峰位无明显区别;随温度升高,半峰全宽宽化,主要影响因素为声子衰减导致的非简谐效应,同时受载流子的电离率、浓度、类型,以及缺陷和杂质影响;声子寿命主要受到声子的非简谐衰减作用影响,基本不受杂质散射的影响。本研究为金刚石材料的温度检测提供了一种无损、非接触、高空间分辨率的方法。 展开更多

关键词 单晶金刚石 拉曼光谱 掺杂 温度相关性 声子衰减 声子寿命

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异质界面对磷酸二氢铵单液滴结晶行为的影响

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作者 胡乾宇 陈昆峰 薛冬峰 《材料导报》 北大核心 2025年第1期127-131,共5页

结晶过程与材料合成、矿物形成、制药工业等紧密相关,理解结晶机理是材料、物理、化学等领域的研究热点。许多非常重要的结晶过程,如冻胀、生物矿化、纳米材料的合成和水垢形成,都是以小体积而不是本体溶液的形式发生的。在微液滴、微... 结晶过程与材料合成、矿物形成、制药工业等紧密相关,理解结晶机理是材料、物理、化学等领域的研究热点。许多非常重要的结晶过程,如冻胀、生物矿化、纳米材料的合成和水垢形成,都是以小体积而不是本体溶液的形式发生的。在微液滴、微流控装置、孔隙等有限体积中的结晶,往往表现出亚稳态多晶型、凝固点降低、择优取向的晶体等特殊现象。本工作研究异质界面对磷酸二氢铵(ADP)单液滴结晶行为的影响。利用原位显微镜、原位拉曼、扫描电子显微镜、X射线衍射等技术,研究了ADP单液滴在不同异质界面上的结晶过程,发现了ADP在低过饱和度和高过饱和度条件下的结晶路径。通过调整液滴与基底之间的接触角,获得了过饱和度S≈3.0的ADP结晶溶液,其具有新的局域结构。在高过饱和度条件下ADP未出现亚稳的单斜相。该研究证明了在微液滴环境中存在多种成核路径,为探索限域条件下的结晶机理提供了新方案。 展开更多

关键词 磷酸二氢铵 单液滴结晶 成核 过饱和溶液

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Ni掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶的光、电特性研究 被引量：5

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作者 陈绍华 穆文祥 +4 位作者 张晋 董旭阳 李阳 贾志泰 陶绪堂 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第8期1373-1377,共5页

本文使用导模(EFG)法生长了Ni掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶,并通过粉末X射线衍射(PXRD)和劳厄衍射(Laue diffraction)分别验证了其晶体结构和晶体质量。进一步通过紫外-可见-近红外透过光谱及红外透过光谱研究了Ni^(2+)掺杂对β-Ga_(2)O_(3)... 本文使用导模(EFG)法生长了Ni掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶,并通过粉末X射线衍射(PXRD)和劳厄衍射(Laue diffraction)分别验证了其晶体结构和晶体质量。进一步通过紫外-可见-近红外透过光谱及红外透过光谱研究了Ni^(2+)掺杂对β-Ga_(2)O_(3)光学特性的影响,发现其(100)面的紫外截止边为252.9 nm,对应的光学带隙为4.74 eV。此外,阴极荧光(CL)光谱测试结果显示,Ni^(2+)掺杂β-Ga_(2)O_(3)单晶在600~800 nm具有宽带近红外发光特性,有望拓宽β-Ga_(2)O_(3)单晶材料在宽带近红外方面的应用。 展开更多

关键词 氧化镓 宽禁带半导体 光电性能 宽带近红外发光 导模法 Ni掺杂

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碳化硅单晶位错研究进展 被引量：2

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作者 张家鑫 彭燕 +4 位作者 陈秀芳 谢雪健 杨祥龙 胡小波 徐现刚 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第11期1973-1982,共10页

SiC作为代表性的第三代半导体材料,具有优异的物理化学性能。随着材料及应用的发展,SiC衬底在航天电源、电动汽车、智能电网、轨道交通、工业电机等领域的应用日益重要。相比第一代半导体材料如Si和第二代半导体材料如GaAs而言,SiC衬底... SiC作为代表性的第三代半导体材料,具有优异的物理化学性能。随着材料及应用的发展,SiC衬底在航天电源、电动汽车、智能电网、轨道交通、工业电机等领域的应用日益重要。相比第一代半导体材料如Si和第二代半导体材料如GaAs而言,SiC衬底质量还有很大的改善空间,是现阶段研发和产业的热点。其中SiC单晶缺陷,特别是一维位错缺陷的检测和降低,是近10年内重要的研究内容。本文重点对SiC中位错的形成原因、位错检测技术、位错密度降低方法及近年来SiC单晶中位错的优化水平进行总结归纳,并提出了SiC需要继续突破和发展的方向。 展开更多

关键词 SIC 位错 位错形成原因 位错检测技术 位错密度降低方法 位错密度优化水平

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晶格畸变检测仪研究碳化硅晶片中位错缺陷分布 被引量：2

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作者 尹朋涛 于金英 +6 位作者 杨祥龙 陈秀芳 谢雪健 彭燕 肖龙飞 胡小波 徐现刚 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第4期752-756,共5页

利用晶格畸变检测仪研究了SiC晶片位错分布情况,通过对熔融KOH腐蚀后的SiC晶片进行全片或局部扫描,从而得到完整SiC晶片或局部区域的位错分布。与LEXT OLS40003D激光共聚焦显微镜扫描腐蚀图进行比较,晶格畸变检测仪扫描腐蚀图可以将晶... 利用晶格畸变检测仪研究了SiC晶片位错分布情况,通过对熔融KOH腐蚀后的SiC晶片进行全片或局部扫描,从而得到完整SiC晶片或局部区域的位错分布。与LEXT OLS40003D激光共聚焦显微镜扫描腐蚀图进行比较,晶格畸变检测仪扫描腐蚀图可以将晶片上位错腐蚀坑信息完全呈现出来,且根据腐蚀坑呈现的颜色及尺寸大小,可以分辨出三种不同类型的穿透型位错,其中黑点腐蚀坑对应螺位错,小尺寸白点腐蚀坑对应刃位错,大尺寸白点腐蚀坑对应混合型位错。采用晶格畸变测试仪研究了4英寸(101.6 mm)N型4H-SiC晶体不同生长时期的位错密度及分布情况,结果表明随着晶体生长,位错密度呈现逐渐降低的趋势,生长后期晶片的总位错密度降为生长前期晶片总位错密度的近1/3,有利于反馈位错缺陷在SiC晶体生长过程中的延伸和转化特性信息,以指导SiC晶体生长工艺改进。 展开更多

关键词 4H-SIC 晶格畸变检测仪 位错 位错密度 KOH腐蚀 位错缺陷分布

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斜切角对β-Ga_(2)O_(3)(100)面衬底加工的影响研究 被引量：1

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作者 李信儒 侯童 +5 位作者 马旭 王佩 李阳 穆文祥 贾志泰 陶绪堂 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第9期1570-1575,共6页

本文研究了斜切角的引入对β-Ga_(2)O_(3)(100)面衬底加工的影响,分析了斜切角分别为0°、1°、6°时,(100)面衬底在加工过程中的形貌变化及不同抛光参数对衬底抛光的影响。实验结果表明,随着斜切角的增大,(100)面衬底在加... 本文研究了斜切角的引入对β-Ga_(2)O_(3)(100)面衬底加工的影响,分析了斜切角分别为0°、1°、6°时,(100)面衬底在加工过程中的形貌变化及不同抛光参数对衬底抛光的影响。实验结果表明,随着斜切角的增大,(100)面衬底在加工过程中的解理损伤问题得以改善,加工后表面粗糙度降低,材料去除方式出现了脆性去除-脆塑性混合去除-塑性去除的转变。较小的抛光压力可以有效减少解理损伤,改善表面质量。斜切角为6°时的(100)面衬底抛光效率高,抛光后表面粗糙度可达到Ra≤0.2 nm。 展开更多

关键词 β-Ga_(2)O_(3) 解理 斜切角 抛光 表面粗糙度

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大尺寸晶体快速生长理论与技术的研究进展 被引量：9

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作者 刘锋 陈昆峰 +1 位作者 彭超 薛冬峰 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第9期1732-1744,共13页

“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一,揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上,晶体生长可以是有势垒的热激活过程,也可以是无... “如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一,揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上,晶体生长可以是有势垒的热激活过程,也可以是无势垒的超快结晶过程,这与具体的体系以及晶面有关。从界面属性角度来看,光滑界面是以台阶拓展的方式生长;粗糙界面没有明显的固-液分层,通过局部原子固化进行生长。本文从晶体生长理论模型、生长技术及其应用实例,以及分子动力学方法在晶体生长中的应用等方面探讨了近些年大尺寸晶体快速生长理论和技术的研究进展。目前有多种方法制备大尺寸晶体,但普遍存在制备的晶体质量差和性能不稳定等问题。需要突破对晶体生长微观机制上的认识,建立机制与温度、流速等外界因素的内在联系。而利用机器学习力场以及分子动力学模拟方法,建立固-液界面,模拟晶体生长,将是探究晶体生长微观机制的一种有效方式。 展开更多

关键词 大尺寸晶体 人工晶体 晶体生长模型 生长理论 固-液界面

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砷化镓光导开关的损伤形貌研究

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作者 沙慧茹 肖龙飞 +5 位作者 栾崇彪 冯琢云 李阳凡 孙逊 胡小波 徐现刚 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期140-145,共6页

制作了同面型砷化镓光导开关,并测试了其导通性能。在偏置电压8 kV、激光能量10 mJ、重复频率10 Hz的条件下,研究了光导开关触发104次后器件表面的损伤形貌。利用激光扫描共聚焦显微镜,对电极边缘及电极间的损伤形貌进行分析,研究发现... 制作了同面型砷化镓光导开关,并测试了其导通性能。在偏置电压8 kV、激光能量10 mJ、重复频率10 Hz的条件下,研究了光导开关触发104次后器件表面的损伤形貌。利用激光扫描共聚焦显微镜,对电极边缘及电极间的损伤形貌进行分析,研究发现阳极边缘由于热积累形成热损伤,而阴极边缘的热损伤来源于热应力,并对电极间损伤形貌进行细致表征及分类。 展开更多

关键词 光导开关 砷化镓 损伤 形貌 热效应

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高温高压与CVD金刚石单晶衬底质量对比研究

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作者 杨旖秋 韩晓桐 +8 位作者 胡秀飞 李斌 彭燕 王希玮 胡小波 徐现刚 王笃福 刘长江 冯志红 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第9期1777-1784,共8页

本文通过高分辨X射线衍射(HRXRD)、激光拉曼光谱(Raman)、晶格畸变检测等测试分析方法对多组高温高压(HTHP)Ⅰb、HTHPⅡa和化学气相沉积(CVD)型(100)面金刚石单晶样品进行对比研究。HRXRD和Raman的检测结果均表明HTHPⅡa型金刚石单晶的... 本文通过高分辨X射线衍射(HRXRD)、激光拉曼光谱(Raman)、晶格畸变检测等测试分析方法对多组高温高压(HTHP)Ⅰb、HTHPⅡa和化学气相沉积(CVD)型(100)面金刚石单晶样品进行对比研究。HRXRD和Raman的检测结果均表明HTHPⅡa型金刚石单晶的结晶质量接近天然金刚石,其XRD摇摆曲线半峰全宽和Raman半峰全宽分别为0.015°~0.018°和1.45~1.85 cm^(-1)。晶格畸变检测仪的检测结果表明,HTHPⅡa型金刚石单晶的应力分布主要有两种:一种几乎无明显应力分布,另一种沿<110>方向呈对称的放射状分布,其他区域无晶格畸变。HTHPⅠb和CVD型金刚石单晶应力分布均相对分散,晶格畸变复杂,与其HRXRD和Raman的检测结果相符。进一步利用等离子体刻蚀法对三种类型金刚石单晶(100)面位错缺陷进行对比分析,结果表明,HTHPⅡa型金刚石位错密度为三者中最低,仅为1×10^(3) cm^(-2)。本研究为制备高质量大尺寸CVD金刚石单晶的衬底选择提供了实验依据。 展开更多

关键词 HTHPⅡa金刚石 HTHPⅠb金刚石 CVD金刚石 结晶质量 应力 等离子体刻蚀 位错密度

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激光能量分布对GaN基光导开关导通特性的影响 被引量：1

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作者 杨彪 孙逊 +8 位作者 李阳凡 沙慧茹 焦健 李德强 张雷 栾崇彪 肖龙飞 陈秀芳 徐现刚 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第11期32-36,共5页

光斑是影响光导开关导通特性的重要因素之一。探索了激光能量分布对光导开关输出特性的影响,分别采用高斯光和平顶光对同一GaN光导开关导通特性进行了对比测试。结果表明,由于平顶光具有更均匀的能量分布,相比于高斯光触发,在相同外加... 光斑是影响光导开关导通特性的重要因素之一。探索了激光能量分布对光导开关输出特性的影响,分别采用高斯光和平顶光对同一GaN光导开关导通特性进行了对比测试。结果表明,由于平顶光具有更均匀的能量分布,相比于高斯光触发,在相同外加偏置电压(800 V)下,电压转换效率提升了6.8%。在激光能量为500μJ时的平顶光触发下进行了加压测试,最大峰值输出电压为4550 V,此时输出功率达到414 kW,上升时间为420 ps,下降时间为5 ns,导通电阻为13.7Ω。 展开更多

关键词 光导开关 GAN 平顶光 高斯光 导通特性

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