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氧化镓异质衬底集成技术研究进展
1
作者 瞿振宇 徐文慧 +9 位作者 江昊东 梁恒硕 赵天成 谢银飞 孙华锐 邹新波 游天桂 齐红基 韩根全 欧欣 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期470-490,共21页
超宽禁带氧化镓在高功率和射频器件领域显示出巨大发展潜力。然而,氧化镓固有的极低热导率和p型掺杂困难问题限制了其器件性能和结构设计。异质集成是突破单一材料性能极限,变革提升器件性能的关键技术。本文综述了异质外延、机械剥离... 超宽禁带氧化镓在高功率和射频器件领域显示出巨大发展潜力。然而,氧化镓固有的极低热导率和p型掺杂困难问题限制了其器件性能和结构设计。异质集成是突破单一材料性能极限,变革提升器件性能的关键技术。本文综述了异质外延、机械剥离和离子束剥离转移三种氧化镓异质集成技术的最新研究进展,重点对比分析不同集成技术在材料质量、电学和热学特性及器件性能等方面的优缺点,并针对衬底种类、界面成键方式、过渡层厚度对纵向散热和电子输运的影响进行探讨。同时,本文对当前氧化镓异质集成技术所面临的挑战进行分析,并对氧化镓异质集成技术未来的发展趋势进行展望,旨在唤起国内氧化镓异质集成衬底相关研究,推动氧化镓异质集成器件开发,加快推进氧化镓材料和器件产业化应用。 展开更多
关键词 氧化镓 异质衬底集成 异质外延 机械剥离 离子束剥离转移 热管理
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MBE同质外延生长Sn掺杂β-Ga_(2)O_(3)(010)薄膜的电子输运性质研究
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作者 张子琦 杨珍妮 +5 位作者 况思良 魏盛龙 徐文静 陈端阳 齐红基 张洪良 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期244-254,共11页
本文研究了利用分子束外延技术生长的非故意掺杂(UID)和锡掺杂的β-Ga_(2)O_(3)同质外延薄膜的电子输运性质。薄膜载流子浓度范围为3.2×10^(16)至2.9×10^(19) cm^(-3),载流子浓度为3.2×10^(16) cm^(-3)的非故意掺杂薄膜... 本文研究了利用分子束外延技术生长的非故意掺杂(UID)和锡掺杂的β-Ga_(2)O_(3)同质外延薄膜的电子输运性质。薄膜载流子浓度范围为3.2×10^(16)至2.9×10^(19) cm^(-3),载流子浓度为3.2×10^(16) cm^(-3)的非故意掺杂薄膜显示出优异的室温迁移率,为125 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),在80 K时的峰值迁移率为875 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),达到了当前MBE生长的Ga_(2)O_(3)薄膜的先进水平。利用温度相关霍尔测试表征同质外延薄膜的电子输运性质,计算得到锡掺杂剂的激活能为76.2 meV。通过散射模型的拟合计算,分析了这一系列同质外延薄膜的电子散射性质,在低温到高温过程中,来自本征缺陷的电离杂质散射及晶体中阴阳离子库仑力的极性光学声子(POP)散射限制了迁移率的增长。 展开更多
关键词 β-Ga_(2)O_(3) 外延薄膜 掺杂 激活能 迁移率 输运性质
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导模法生长β-Ga_(2)O_(3)晶体流场对称性研究
3
作者 姜博文 纪为国 +4 位作者 张璐 范骐鸣 潘明艳 黄浩天 齐红基 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期378-385,I0002,共9页
导模法生长高质量氧化镓单晶的关键在于放肩过程的稳定性控制,而对称的流场与热场是实现稳定放肩的关键因素之一。本文将数值模拟与实验相结合,通过在保温装置的不同位置分别增设进气管道,对保温腔内气体的对流行为进行调控,从而避免气... 导模法生长高质量氧化镓单晶的关键在于放肩过程的稳定性控制,而对称的流场与热场是实现稳定放肩的关键因素之一。本文将数值模拟与实验相结合,通过在保温装置的不同位置分别增设进气管道,对保温腔内气体的对流行为进行调控,从而避免气体涡流对模具上方温场分布的负面影响。研究表明,底部进气显著增强了固液界面附近温场与流场的对称性,并获得了合适的轴向温度梯度40 K/mm,成功实现了晶体生长过程中的对称放肩。本文研究为导模法生长β-Ga_(2)O_(3)单晶系统的设计与优化提供依据。 展开更多
关键词 β-Ga_(2)O_(3) 导模法 数值模拟 放肩 流场 热场
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“氧化镓晶体与器件”专题——破局第四代半导体的创新实践
4
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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导模法生长氧化镓晶体中的位错缺陷及其分布特点
5
作者 杨文娟 卜予哲 +1 位作者 赛青林 齐红基 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第3期414-419,共6页
β-Ga_(2)O_(3)作为新一代超宽带隙半导体材料,因优异的物理性能和在器件中的高性能而受到越来越多的关注。β-Ga_(2)O_(3)的制备可采用浮区法、导模(EFG)法等多种熔融晶体生长方法。缺陷通常会对半导体器件的性能产生严重的负面影响,... β-Ga_(2)O_(3)作为新一代超宽带隙半导体材料,因优异的物理性能和在器件中的高性能而受到越来越多的关注。β-Ga_(2)O_(3)的制备可采用浮区法、导模(EFG)法等多种熔融晶体生长方法。缺陷通常会对半导体器件的性能产生严重的负面影响,所以β-Ga_(2)O_(3)晶体的缺陷检测技术显得尤为重要。过去通常采用刻蚀的方法进行位错的检测和密度计算,但这种方法是破坏性的,只适用于实验样品的研究分析。本文突破传统缺陷分析方法的局限,引入X射线形貌分析术(XRT)并结合酸性腐蚀法,对导模法生长β-Ga_(2)O_(3)的(001)、(010)、(100)面分别进行了深入研究,揭示了位错在三维空间的分布特征,明确指出,在导模法晶体中,沿着b轴[010]方向的位错占主导地位,为理解β-Ga_(2)O_(3)位错的结构和特征提供了宝贵的信息,进而为之后外延和器件晶面的选择指明了新的方向。 展开更多
关键词 氧化镓 宽禁带半导体 位错 X射线形貌分析术 导模法 腐蚀法
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氧化镓单晶在酸碱条件下的腐蚀坑形貌研究 被引量：1
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作者 高崇 韦金汕 +5 位作者 欧阳政 何敬晖 王增辉 卜予哲 赛青林 赵鹏 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第12期2186-2195,共10页
氧化镓晶体材料由于其优异的性能以及可以用熔体法生长的优势,在功率器件、光电领域有着巨大的潜力。近年来,国内外众多专家也随之开展对氧化镓单晶材料的研究工作,高质量低缺陷的氧化镓单晶材料对后续的外延、器件的制备极其重要。目前... 氧化镓晶体材料由于其优异的性能以及可以用熔体法生长的优势,在功率器件、光电领域有着巨大的潜力。近年来,国内外众多专家也随之开展对氧化镓单晶材料的研究工作,高质量低缺陷的氧化镓单晶材料对后续的外延、器件的制备极其重要。目前,国际上主流的生长方法是导模法,导模法具有生长周期短、尺寸大及生长稳定等优点,然而在晶体缺陷控制方面还有很大的进步空间。本文围绕氧化镓单晶的腐蚀坑形貌,对导模法生长的氧化镓单晶进行加工制样,进行了不同酸碱条件下的腐蚀实验。详细介绍了观察到的不同腐蚀坑形貌,分析了晶体缺陷对腐蚀坑形貌的影响,对今后氧化镓单晶生长机理和晶体缺陷的研究具有重要意义。 展开更多
关键词 氧化镓单晶 导模法 缺陷 腐蚀 腐蚀坑形貌 单晶生长
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粉体热压法制备As_(2)Se_(3)硫系玻璃研究
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作者 马成 杨安平 +5 位作者 李雷 陈倩 田康振 刘自军 沈祥 杨志勇 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2022年第11期3761-3767,共7页
本研究尝试将As_(2)Se_(3)红外硫系透镜生产过程中产生的块体玻璃废料进行回收利用,首先将清洗后的块体玻璃废料球磨成粉体,然后采用粉体热压技术实现高光学质量As_(2)Se_(3)玻璃片的制备。研究了粉体粒度、热压参数对制备的As_(2)Se_(3... 本研究尝试将As_(2)Se_(3)红外硫系透镜生产过程中产生的块体玻璃废料进行回收利用,首先将清洗后的块体玻璃废料球磨成粉体,然后采用粉体热压技术实现高光学质量As_(2)Se_(3)玻璃片的制备。研究了粉体粒度、热压参数对制备的As_(2)Se_(3)玻璃光学性能的影响,对比了粉体热压法和熔融淬冷法制备的As_(2)Se_(3)玻璃的性能,评估了通过粉体热压途径制备红外硫系玻璃的可行性。结果表明:随着球磨时间的延长,As_(2)Se_(3)玻璃粉体的平均颗粒尺寸逐渐减小,且颗粒尺寸的分布趋于更加均匀;使用平均颗粒尺寸为9.7μm的粉体(球磨10 min),在压力为40 MPa、热压温度为250℃、热压时间为10 min的条件下获得的热压玻璃的致密度达到99.8%,其折射率与熔融淬冷法制备的玻璃的折射率接近(在10μm波长的折射率差仅为0.003),在10μm波长的透过率达61%(理论透过率为63.7%)。通过进一步提高玻璃粉体的纯度和尺寸均匀性,有望制备出与熔融淬冷法制备的玻璃性能相当的热压玻璃。 展开更多
关键词 硫系玻璃 球磨 热压 红外透镜 热成像 红外技术
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坩埚底角形状对提拉法生长同成分铌酸锂晶体的影响
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作者 郝永鑫 秦娟 +4 位作者 孙军 杨金凤 李清连 黄贵军 许京军 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1167-1174,共8页
铌酸锂晶体集压电、非线性、电光、光折变等效应于一身,同时其物理化学性质稳定,在集成光学领域极具应用潜力。然而,大尺寸铌酸锂晶体生长的热场设计难度大,其中坩埚形状作为热场设计的重要因素,对晶体生长的影响显著。坩埚直径和高度... 铌酸锂晶体集压电、非线性、电光、光折变等效应于一身,同时其物理化学性质稳定,在集成光学领域极具应用潜力。然而,大尺寸铌酸锂晶体生长的热场设计难度大,其中坩埚形状作为热场设计的重要因素,对晶体生长的影响显著。坩埚直径和高度受制于装料量和晶体直径等硬性约束,因此通常通过改变坩埚局部的形状以改善热场。针对坩埚底角形状对大尺寸同成分铌酸锂晶体生长的影响,本研究使用两种底角形状的坩埚进行了四英寸同成分铌酸锂晶体生长实验。通过数值模拟,分析了坩埚底角形状对固液界面附近晶体内和熔体内轴向温度梯度的影响,以及对固液界面下方熔体内温度分布的影响,进而结合晶体生长结果分析了坩埚底角形状对晶体生长的影响。研究表明:坩埚底角形状的变化会引起坩埚侧壁上温差的变化和熔体内温度梯度的变化,并改变熔体自然对流的强弱;与底部斜角坩埚相比,使用底部弧角坩埚时,固液界面附近晶体内和熔体内的轴向温度梯度较大,固液界面下方熔体内的轴向温度梯度较大,自然对流更强。这一研究结果有助于解决晶体生长脊展宽和胞状界面生长等问题。 展开更多
关键词 晶体生长 铌酸锂晶体 坩埚 温度梯度 自然对流 固液界面
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