PVT法生长AlN晶体及其性质研究
发布时间：2023-04-25 00:43
氮化铝(AlN)是一种非常重要的超宽禁带半导体材料,它具有优异的物理性质和化学性质,在制造高频大功率器件和深紫外光电子器件领域有着广阔的应用前景。作为新型半导体材料,国内关于AlN的研究仍处于起步阶段,高质量的单晶生长、半导体性能的优化以及器件和应用方面的探索还有待系统研究。物理气相传输法(PVT)具有生长速度快,晶体质量高以及可生长大体块AlN晶体的优点,被认为是未来实现AlN晶体商业化应用的理想方法。为了获得大尺寸高质量的AlN晶体,生长系统内合适的温度场是关键因素。本文利用数值模拟的方法研究了不同热场区结构的温度场分布,总结温度场变化的规律,并以此指导和优化AlN晶体生长工艺,分别通过自发成核和6H-SiC为籽晶的策略生长AlN晶体。论文的主要研究工作和结果如下:1.模拟不同热场区结构的温度场,总结装配参数等因素对温度场分布的影响规律。采用CrysMas软件模拟了加热功率、坩埚与感应线圈的相对位置、测温孔的大小对AlN晶体生长室温度场分布的影响,结果表明加热功率正比于生长温度,随着生长温度的升高,轴向和径向温度梯度都随之增加;随着坩埚从相对位置为0的位置向上移动,高温区向坩埚的下...
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 AlN晶体的结构及基本性质
1.2.1 AlN晶体的结构
1.2.2 AlN晶体的基本性质
1.3 AlN晶体中的缺陷
1.3.1 AlN晶体中的点缺陷
1.3.2 AlN晶体中的线缺陷
1.3.3 AlN晶体中的面缺陷
1.3.4 AlN晶体中的体缺陷
1.4 AlN晶体的生长方法
1.4.1 MOCVD法生长AlN晶体
1.4.2 HVPE法生长AlN晶体
1.4.3 助熔剂法生长AlN晶体
1.4.4 PVT法生长AlN晶体
1.5 选题依据和主要研究内容
参考文献
第二章 PVT法生长AIN晶体温度场的数值模拟研究
2.1 引言
2.2 PVT法生长AlN晶体的简要概述
2.2.1 AlN晶体的生长设备
2.2.2 AlN晶体的生长过程
2.2.3 AlN晶体的生长原理
2.2.4 AlN晶体生长热力学和动力学的分析
2.3 坩埚的选择和TaC坩埚的制备
2.3.1 坩埚的选择
2.3.2 TaC坩埚的制备及其表征
2.4 原料的纯化和多晶料的烧结
2.4.1 原料烧结纯化工艺的探索
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多晶料杂质元素含量的检测
2.5 温度场数值模拟的介绍
2.5.1 温度场数值模拟的必要性
2.5.2 数值模拟原理的简单介绍
2.5.3 中频感应加热的原理和传热方式
2.6 温度场分布影响因素及数值模拟的研究
2.6.1 加热功率对温度场分布的影响
2.6.2 坩埚与感应线圈的相对位置对温度场分布的影响
2.6.3 测温孔的大小对温度场分布的影响
2.6.4 其他因素对温度场分布的影响
2.7 本章小结
参考文献
第三章 PVT法生长AlN纳米线及其性质的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 AlN纳米线的生长
3.2.2 AlN纳米线的表征方法
3.2.3 AlN晶体表面能的第一性原理计算
3.2.4 AlN纳米线I-V测试器件的制备
3.2.5 AlN纳米线场发射性质的测量
3.3 生长温度对AlN晶体形态的影响
3.4 AlN纳米线的制备和表征
3.4.1 AlN纳米线的制备和形貌分析
3.4.2 AlN纳米线的结构分析
3.4.3 AlN纳米线生长机理的研究
3.5 AlN纳米线的性质研究
3.5.1 光学性质
3.5.2 电学性质
3.5.3 场发射性质
3.6 本章小结
参考文献
第四章 PVT法自发成核生长AIN晶体的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 AlN晶体的生长
4.2.2 表征方法
4.3 温度场分布对晶体生长的影响
4.3.1 坩埚相对位置对晶体生长的影响
4.3.2 热力学和动力学分析
4.3.3 坩埚相对位置对温度场分布影响的模拟分析
4.4 自发成核生长c面AlN单晶
4.4.1 c面AlN单晶的结构分析
4.4.2 c面AlN单晶的内部应力分析
4.5 AlN晶体迭代生长的研究
4.5.1 AlN晶体的质量表征
4.5.2 光学性质
4.6 AlN晶体生长面的表面形貌研究
4.7 AlN晶体生长后剩余原料的分析
4.8 本章小结
参考文献
第五章 利用6H-SiC籽晶PVT法生长AlN晶体的研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 AlN晶体的生长
5.2.2 表征方法
5.3 SiC衬底的介绍
5.4 6H-SiC籽晶Si极性面生长AlN晶体的生长机理研究
5.4.1 SiC籽晶上金字塔形状小丘的形成
5.4.2 SiC籽晶上三维岛状AlN晶核的形成
5.4.3 SiC籽晶上三维岛状AlN晶核的合并
5.4.4 SiC籽晶上生长的AlN晶体
5.5 6H-SiC籽晶上生长AlN晶体的晶体学取向关系
5.6 SiC籽晶生长AlN晶体中存在的问题
5.6.1 SiC籽晶的降解现象
5.6.2 SiC籽晶生长AlN晶体中的体缺陷
5.7 AlN/SiC晶体制备光电探测器的研究
5.8 本章小结
参考文献
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 主要创新点
6.3 有待深入研究的问题
致谢
攻读博士学位期间取得的成果和奖励
附件
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3800359
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 AlN晶体的结构及基本性质
1.2.1 AlN晶体的结构
1.2.2 AlN晶体的基本性质
1.3 AlN晶体中的缺陷
1.3.1 AlN晶体中的点缺陷
1.3.2 AlN晶体中的线缺陷
1.3.3 AlN晶体中的面缺陷
1.3.4 AlN晶体中的体缺陷
1.4 AlN晶体的生长方法
1.4.1 MOCVD法生长AlN晶体
1.4.2 HVPE法生长AlN晶体
1.4.3 助熔剂法生长AlN晶体
1.4.4 PVT法生长AlN晶体
1.5 选题依据和主要研究内容
参考文献
第二章 PVT法生长AIN晶体温度场的数值模拟研究
2.1 引言
2.2 PVT法生长AlN晶体的简要概述
2.2.1 AlN晶体的生长设备
2.2.2 AlN晶体的生长过程
2.2.3 AlN晶体的生长原理
2.2.4 AlN晶体生长热力学和动力学的分析
2.3 坩埚的选择和TaC坩埚的制备
2.3.1 坩埚的选择
2.3.2 TaC坩埚的制备及其表征
2.4 原料的纯化和多晶料的烧结
2.4.1 原料烧结纯化工艺的探索
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多晶料杂质元素含量的检测
2.5 温度场数值模拟的介绍
2.5.1 温度场数值模拟的必要性
2.5.2 数值模拟原理的简单介绍
2.5.3 中频感应加热的原理和传热方式
2.6 温度场分布影响因素及数值模拟的研究
2.6.1 加热功率对温度场分布的影响
2.6.2 坩埚与感应线圈的相对位置对温度场分布的影响
2.6.3 测温孔的大小对温度场分布的影响
2.6.4 其他因素对温度场分布的影响
2.7 本章小结
参考文献
第三章 PVT法生长AlN纳米线及其性质的研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 AlN纳米线的生长
3.2.2 AlN纳米线的表征方法
3.2.3 AlN晶体表面能的第一性原理计算
3.2.4 AlN纳米线I-V测试器件的制备
3.2.5 AlN纳米线场发射性质的测量
3.3 生长温度对AlN晶体形态的影响
3.4 AlN纳米线的制备和表征
3.4.1 AlN纳米线的制备和形貌分析
3.4.2 AlN纳米线的结构分析
3.4.3 AlN纳米线生长机理的研究
3.5 AlN纳米线的性质研究
3.5.1 光学性质
3.5.2 电学性质
3.5.3 场发射性质
3.6 本章小结
参考文献
第四章 PVT法自发成核生长AIN晶体的研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 AlN晶体的生长
4.2.2 表征方法
4.3 温度场分布对晶体生长的影响
4.3.1 坩埚相对位置对晶体生长的影响
4.3.2 热力学和动力学分析
4.3.3 坩埚相对位置对温度场分布影响的模拟分析
4.4 自发成核生长c面AlN单晶
4.4.1 c面AlN单晶的结构分析
4.4.2 c面AlN单晶的内部应力分析
4.5 AlN晶体迭代生长的研究
4.5.1 AlN晶体的质量表征
4.5.2 光学性质
4.6 AlN晶体生长面的表面形貌研究
4.7 AlN晶体生长后剩余原料的分析
4.8 本章小结
参考文献
第五章 利用6H-SiC籽晶PVT法生长AlN晶体的研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 AlN晶体的生长
5.2.2 表征方法
5.3 SiC衬底的介绍
5.4 6H-SiC籽晶Si极性面生长AlN晶体的生长机理研究
5.4.1 SiC籽晶上金字塔形状小丘的形成
5.4.2 SiC籽晶上三维岛状AlN晶核的形成
5.4.3 SiC籽晶上三维岛状AlN晶核的合并
5.4.4 SiC籽晶上生长的AlN晶体
5.5 6H-SiC籽晶上生长AlN晶体的晶体学取向关系
5.6 SiC籽晶生长AlN晶体中存在的问题
5.6.1 SiC籽晶的降解现象
5.6.2 SiC籽晶生长AlN晶体中的体缺陷
5.7 AlN/SiC晶体制备光电探测器的研究
5.8 本章小结
参考文献
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 主要创新点
6.3 有待深入研究的问题
致谢
攻读博士学位期间取得的成果和奖励
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学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3800359
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