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西安交大王宏兴教授团队实现2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底量产
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分类:  创建于:2024-01-07 被查看:1109次
金刚石半导体具有超宽禁带(5.45eV)、高击穿场强(10MV/cm)、高载流子饱和漂移速度、高热导率(22 W/cmK)等材料特性,以及优异的器件品质因子(Johnson、Keyes、Baliga),采用金刚石衬底可研制高温、高频、大功率、抗辐照电子器件,克服器件的“自热效应”和“雪崩击穿”等技术瓶颈,在5G/6G通信,微波/毫米波集成电路、探测与传感等领域发展起到重要作用。目前,金刚石电子器件的发展受限于大尺寸、高质量的单晶衬底。硅、蓝宝石等衬底的商业化,为异质外延单晶金刚石提供了前提条件。

近日,西安交大研究团队采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,成功实现2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底的批量化(如图一所示)。团队通过对成膜均匀性、温场及流场的有效调控,提高了异质外延单晶金刚石成品率。衬底表面具有台阶流(step-flow)生长模式(如图二所示),可降低衬底的缺陷密度,提高晶体质量。XRD(004)、(311)摇摆曲线半峰宽分别小于91arcsec和111arcsec(如图三所示),达到世界领先水平。


图一. 2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底照片


图二. 异质外延金刚石光学显微镜照片(a)放大100倍(b)放大500倍.


图三. XRD测试结果

(a)(004)面摇摆曲线;(b)(311)面摇摆曲线;(c)(311)面四重对称;(d)极图

西安交大宽禁带半导体材料与器件研究中心于2013年建立,实验室主任为国家级特聘专家王宏兴教授。实验室经过近10年的发展,已形成具有自主知识产权的金刚石半导体外延设备研发、单晶/多晶衬底生长、电子器件研制等系列技术,已获授权48项专利。与国内相关大型通信公司,中国电科相关研究所等开展金刚石半导体材料与器件的广泛合作,促进了金刚石射频功率电子器件、电力电子器件、MEMS等器件的实用性发展。
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