【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(lǐng)域應(yīng)用廣泛。金屬有機化學(xué)氣相淀積(MOCVD)是制備AlN材料的關(guān)鍵工藝技術(shù),其中MOCVD的氣相反應(yīng)決定了薄膜的生長速率和均勻性,表面反應(yīng)決定了薄膜的表面形貌和生長質(zhì)量。然而由于氣相反應(yīng)中寄生預(yù)反應(yīng)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(zhì)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(zhì)量和表面樣貌。因此選擇在高溫下使用MOCVD技術(shù)生長AlN。隨著計算機計算能力的提升,可以通過計算化學(xué)來模擬復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)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(zhì)量、高性能的AlN薄膜。本文的研究內(nèi)容主要有以下幾個方面:(1)采用量子化學(xué)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(xué)計算,分析了溫度因素對上述路徑的影響。結(jié)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(yīng)生成氨基物,高溫下DMAlNH_2不可能再結(jié)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(jié)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(yīng)需要高溫激活,當T1000 ~oC時,DMAl生成MMAl的熱解反應(yīng)將自發(fā)進行。寄生反應(yīng)中的(MMAlNH)_2和(MMAlNH)_3是最可能的末端氣相反應(yīng)前體。(2)采用密度泛函理論計算分子結(jié)構(gòu)和能量,結(jié)合過渡態(tài)理論估算氣相反應(yīng)的反應(yīng)速率和活化能,以及選擇7個表面反應(yīng)作為表面反應(yīng)模型,這里的表面反應(yīng)機理不考慮NH_3和三聚物在表面的吸附和反應(yīng),表面產(chǎn)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(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型。(3)基于AlN生長特性和反應(yīng)機理的研究分析結(jié)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(nèi)發(fā)生的氣相化學(xué)反應(yīng)�；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(jié)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(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(xué)氣相沉積（HT-MOCVD）作為一種化學(xué)氣相沉積技術(shù)，物光電子器件、微電子器件等[6]。反應(yīng)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(yīng)室中的熱泳力使污染顆粒物遠離表面生 AlN 生長質(zhì)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(jié)構(gòu)與應(yīng)用.1 AlN 材料結(jié)構(gòu) 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(dǎo)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(jié)構(gòu)[9]。圖 1.1 為 AlN 的

總之，高質(zhì)量 AlN材料的開發(fā)和制備在紫外或深紫外的科學(xué)研究和應(yīng)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(yīng)用[20]1.2 高溫 MOCVD 原理及生長模式高質(zhì)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(xué)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(shù)。

圖1.3 MOCVD 反應(yīng)流程示意圖時，一般選擇異質(zhì)襯底[30]，常用的是藍寶石（Sapp1-33]。藍寶石襯底的生產(chǎn)工藝成熟、器件質(zhì)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(yīng)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(dǎo)致了生長薄膜表面不均勻，但是藍寶

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅才旺;陳峰武;鞏小亮;魏唯;程文進;;MOCVD反應(yīng)室模擬仿真研究[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2019年06期

2 許堅強;;MOCVD設(shè)備與現(xiàn)代MOCVD技術(shù)研究[J];山東工業(yè)技術(shù);2018年22期

3 張媛;;MOCVD系統(tǒng)反應(yīng)室流場的模擬優(yōu)化設(shè)計[J];工業(yè)加熱;2018年05期

4 王軍;張紅燕;;Structure and photoluminescence properties of InN films grown on porous silicon by MOCVD[J];Optoelectronics Letters;2017年03期

5 Ying Xu;Lin-Yan Hou;Xiao-Meng Zhang;;Zinc tin oxide thin films prepared by MOCVD with different Sn/Zn ratios[J];Rare Metals;2017年09期

6 趙亞琪;;MOCVD計算機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J];信息技術(shù)與信息化;2015年12期

7 汪婷;涂溶;KE Wang;ZHANG Song;ZHANG Lianmeng;Takashi GOTO;;Morphology Study of Oriented Sm BCO Film Deposited by MOCVD[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science);2016年01期

8 王雪瑩;;MOCVD裝備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析[J];中國高新技術(shù)企業(yè);2013年03期

9 SHI JunCao;ZUO Ran;MENG SuCi;;DFT study on adduct reaction paths of GaN MOCVD growth[J];Science China(Technological Sciences);2013年07期

10 ;Platinum-Iridium Alloy Films Prepared by MOCVD[J];貴金屬;2012年S1期

相關(guān)會議論文 前10條

1 高鴻楷;;MOCVD技術(shù)在中國[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

2 甘志銀;劉勝;;自主生產(chǎn)型MOCVD設(shè)備的研制[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

3 冉軍學(xué);胡國新;肖紅領(lǐng);殷海波;張露;王曉亮;李晉閩;;7片2英寸氮化物MOCVD設(shè)備及材料研制[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

4 M.Heuken;;Next Generation MOCVD Technology with Improved Productivity for LED Production[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

5 ;Synthesis of Bis(2-acetonaphthonebenzoylhydrazonato) zinc as Precursor for MOCVD[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

6 ;Synthesis of Ancillary Ligand Stabilized Rare Earth Metals Alkoxides Precursors for MOCVD[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

7 ;An Investigation of Scalability of a Buffered Distributed Spray MOCVD Reactor by Numerical Analysis[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

8 ;370nm UV Electroluminescence from ZnO Based Heterojunction Light-emitting Diodes by Using MOCVD Deposited n-GaN as Substrate[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

9 陳景升;左然;于海群;;一種多噴淋頭式MOCVD反應(yīng)器的設(shè)計與數(shù)值模擬[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

10 林琳;陳宏泰;楊紅偉;劉英斌;安振峰;;采用MOCVD生長方法制備量子級聯(lián)激光器研究進展[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報實習記者 亞文輝;2017年LED芯片將供不應(yīng)求[N];中國證券報;2017年

2 本報記者 趙晨;國產(chǎn)MOCVD設(shè)備還有機會嗎？[N];中國電子報;2013年

3 中科院蘇州納米所研究員 光達光電設(shè)備科技有限公司創(chuàng)始人 CTO 梁秉文;MOCVD未來十年必將大有作為[N];中國電子報;2013年

4 中科院蘇州納米所研究員 光達光電設(shè)備科技(嘉興)有限公司CTO 梁秉文;MOCVD設(shè)備國產(chǎn)道路曲折[N];中國電子報;2013年

5 張萌;大力推進我省LED科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展[N];光華時報;2013年

6 楊玲玲 記者 張代艷;我市LED產(chǎn)業(yè)又添新動能[N];南昌日報;2018年

7 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所 劉祥林 焦春美;國產(chǎn)MOCVD設(shè)備開發(fā)勢在必行[N];中國電子報;2004年

8 記者 孫燕飚;中國LED投入期 海外設(shè)備廠商“好時光”[N];第一財經(jīng)日報;2010年

9 臺灣電子設(shè)備協(xié)會總干事 王信陽;臺商加快LED布局 關(guān)鍵設(shè)備有望突破[N];中國電子報;2010年

10 本報記者 周燁;產(chǎn)學(xué)研力推企業(yè)突破產(chǎn)業(yè)高端瓶頸[N];中華工商時報;2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馮蘭勝;MOCVD系統(tǒng)流場分析與反應(yīng)室結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D];西安電子科技大學(xué);2017年

2 柴旭朝;GaN材料的MOCVD生長及特性研究[D];南京大學(xué);2015年

3 黃時敏;氧化物半導(dǎo)體與磁性氧化物的MOCVD生長與性質(zhì)[D];南京大學(xué);2014年

4 胡巍;低位錯GaN及低溫AlN的MOCVD外延生長研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2019年

5 袁銀梅;基于DFT的AlN MOCVD反應(yīng)及表面摻雜和空位的計算研究[D];江蘇大學(xué);2019年

6 劉建勛;高銦組分InGaN薄膜的MOCVD外延生長機理及其光電性質(zhì)研究[D];大連理工大學(xué);2017年

7 楊小天;MOCVD法ZnO薄膜生長及其紫外探測器的制備與初步研究[D];吉林大學(xué);2004年

8 徐偉中;MOCVD方法生長單晶ZnO、p型摻雜及同質(zhì)ZnO-LED室溫電致發(fā)光研究[D];浙江大學(xué);2006年

9 張興旺;負載型納米TiO_2光催化劑的MOCVD制備、改性及應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2006年

10 崔勇國;采用MOCVD方法在Si和GaAs襯底上生長ZnO薄膜及其特性研究[D];吉林大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鄭杰鳴;高溫MOCVD生長氮化鋁的熱場與流場耦合仿真模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

2 鄧拓方;電阻加熱式MOCVD溫度控制系統(tǒng)及溫度控制方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

3 仲婷婷;AlN-MOCVD氣相反應(yīng)機理研究[D];江蘇大學(xué);2019年

4 張茜;高溫MOCVD生長AlN的化學(xué)反應(yīng)機理研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

5 楊光;外延工藝高精度溫度測量系統(tǒng)研究與設(shè)計[D];石家莊鐵道大學(xué);2019年

6 孫寬;氣體垂直輸入的MOCVD腔體結(jié)構(gòu)研究[D];華中科技大學(xué);2019年

7 趙麗麗;高溫大尺寸MOCVD反應(yīng)室熱場的數(shù)值分析與優(yōu)化[D];濟南大學(xué);2019年

8 方升;LED行業(yè)含鎵固體廢棄物資源化的基礎(chǔ)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所);2019年

9 徐德前;In(GaSb)薄膜及量子點結(jié)構(gòu)的MOCVD外延生長[D];吉林大學(xué);2018年

10 付小剛;GaN基單晶光電子器件外延生長及其MOCVD設(shè)備[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號：2779938