【摘要】：AlN是一種性能優(yōu)異的III-V族氮化物材料,在大功率器件、紫外與深紫外光電子器件等領域應用廣泛。金屬有機化學氣相淀積(MOCVD)是制備AlN材料的關鍵工藝技術,其中MOCVD的氣相反應決定了薄膜的生長速率和均勻性,表面反應決定了薄膜的表面形貌和生長質量。然而由于氣相反應中寄生預反應嚴重以及在生長表面上的Al吸附原子遷移率低,采用MOCVD生長高質量AlN薄膜仍面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。通過提高生長溫度,可以增強Al原子的表面橫向遷移率,從而改善AlN晶體質量和表面樣貌。因此選擇在高溫下使用MOCVD技術生長AlN。隨著計算機計算能力的提升,可以通過計算化學來模擬復雜的化學反應機理,從而深入研究AlN具體的生長機理,在后續(xù)的實際工藝中確定適宜的生長參數(shù),生長出高質量、高性能的AlN薄膜。本文的研究內容主要有以下幾個方面:(1)采用量子化學計算軟件Gaussian,對MOCVD生長AlN的加合路徑、熱解路徑、氨基物聚合分解的寄生路徑進行熱力學計算,分析了溫度因素對上述路徑的影響。結果表明:NH_3不過量時,溫度T268 ~oC時,TMAl與NH_3自發(fā)生成加合物TMA1:NH_3,隨后通過消去反應生成氨基物,高溫下DMAlNH_2不可能再結合NH_3分子。當T300 ~oC時,TMAl:NH_3將重新分解。NH_3過量時,生成的加合物TMA1:NH_3會繼續(xù)結合一個NH_3分子,形成配位鍵加合物比氫鍵加合物的概率更大。TMAl和MMAl的熱解反應需要高溫激活,當T1000 ~oC時,DMAl生成MMAl的熱解反應將自發(fā)進行。寄生反應中的(MMAlNH)_2和(MMAlNH)_3是最可能的末端氣相反應前體。(2)采用密度泛函理論計算分子結構和能量,結合過渡態(tài)理論估算氣相反應的反應速率和活化能,以及選擇7個表面反應作為表面反應模型,這里的表面反應機理不考慮NH_3和三聚物在表面的吸附和反應,表面產物只有吸附在表面的Al(s)和AlN(s),從而確定了一個相對完善的高溫下AlN-MOCVD的化學反應動力學模型。(3)基于AlN生長特性和反應機理的研究分析結果,提出并建立了使用高溫MOCVD方法生長AlN薄膜的Grove生長速率模型。該模型考慮了生長源在邊界層內發(fā)生的氣相化學反應�；贕rove模型,進行了不同溫度和不同壓強下的生長速率模型驗證;對比結果為:在壓強恒定為85torr時,在400-900 ~oC下的生長速率模型均能與實驗值較好吻合,平均誤差為4.34%;在襯底溫度為600 ~oC時,30-270 torr下的生長速率模型與實驗值趨勢一致,平均誤差為8.66%。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;O643.12
【圖文】：

、大功率器件、高效光電子器件和 FABR 濾波器等[3-5]。金屬有機化學氣相沉積（HT-MOCVD）作為一種化學氣相沉積技術，物光電子器件、微電子器件等[6]。反應室中生長溫度的提升，不僅可以 Al 原子遷移率增加，而且反應室中的熱泳力使污染顆粒物遠離表面生 AlN 生長質量和均勻性的作用[7]。因此本文選擇在高溫下使用 MOCVlN 薄膜。 的結構與應用.1 AlN 材料結構 薄膜材料被用來制備 LED、紫外探測器和高效光電子器件等，現(xiàn)如今之后最重要的第三代半導體材料[8]。作為一種很有前景的直接帶隙短波AlN 的禁帶寬度為 6.2eV，屬直接階躍型能帶結構[9]。圖 1.1 為 AlN 的

總之，高質量 AlN材料的開發(fā)和制備在紫外或深紫外的科學研究和應用中具有重要意義。圖1.2 由高溫生長 AlN 制備的紫外 LED 的主要應用[20]1.2 高溫 MOCVD 原理及生長模式高質量 AlN 薄膜生長幾乎采用分子束外延[21]（Molexular Beam Epitaxy，MBE）、金屬有機化學氣相淀積（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）、氫化物氣相外延[22]（Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE）等技術。

圖1.3 MOCVD 反應流程示意圖時，一般選擇異質襯底[30]，常用的是藍寶石（Sapp1-33]。藍寶石襯底的生產工藝成熟、器件質量較好；藍寶石的物理硬度高，方便清洗。因此，大多數(shù)工藝 年出現(xiàn)了藍寶石襯底供不應求的局面。然而，藍寶間存在很大的晶格失配和熱失配問題，在藍寶石上的位錯缺陷，導致了生長薄膜表面不均勻，但是藍寶

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本文編號：2779938