氮化鎵（GaN）作為典型的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料,在光電子器件和電子器件領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。相比于常用的氮化鎵外延用藍(lán)寶石和碳化硅（SiC）襯底,硅襯底更容易實(shí)現(xiàn)大尺寸,且具有低成本和良好的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性等諸多優(yōu)勢(shì)。但由于其與氮化鎵薄膜之間存在著較大的晶格失配和熱失配,導(dǎo)致難以在硅襯底上原位外延出高質(zhì)量GaN薄膜。硅圖形襯底,是指在硅襯底表面制備具有周期性的圖案結(jié)構(gòu),有望解決這一難題。然而傳統(tǒng)制備硅圖形襯底的光刻技術(shù)成本高昂并且成品率低,大面積的制備較為困難,尤其當(dāng)圖形特征尺寸降低到100nm以下,這個(gè)問(wèn)題尤為突出�；诖�,本論文提出一種以多孔陽(yáng)極氧化鋁（AAO）為掩膜,進(jìn)行干法刻蝕制備硅納米圖形（NPSi）襯底的一種簡(jiǎn)易方法,并將其應(yīng)用于外延GaN薄膜質(zhì)量的評(píng)價(jià),以實(shí)現(xiàn)低成本、高效率、大面積的硅納米圖形襯底的制備。主要研究?jī)?nèi)容有:首先利用硅襯底上磁控濺射Al薄膜的直接陽(yáng)極氧化得到硅襯底AAO掩膜;接著采用感應(yīng)耦合等離子體（ICP）刻蝕制備硅納米圖形襯底;然后利用原子層沉積（ALD）方法在硅納米圖形襯底上生長(zhǎng)三維形貌的ZnO緩沖層;最后,采用脈沖激光沉積（PLD）的方法外延GaN薄... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 Si圖形襯底的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 Si圖形襯底制備的研究進(jìn)展
        1.2.2 Si圖形襯底上外延GaN薄膜的研究進(jìn)展
    1.3 文獻(xiàn)綜述的簡(jiǎn)析
        1.3.1 Si襯底的圖形化
        1.3.2 納米圖形化Si襯底的優(yōu)勢(shì)
    1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 材料的制備與表征方法
    2.1 材料的制備方法
        2.1.1 Si襯底表面Al薄膜的制備
        2.1.2 Si基AAO掩膜的制備
        2.1.3 Si納米圖形襯底的制備
        2.1.4 ZnO緩沖層的制備
        2.1.5 外延GaN薄膜的制備
    2.2 材料的表征方法
        2.2.1 掃描電子顯微鏡
        2.2.2 原子力顯微鏡
        2.2.3 透射電子顯微鏡
        2.2.4 高分辨X射線(xiàn)衍射儀
        2.2.5 光致發(fā)光光譜儀
        2.2.6 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)
        2.2.7 顯微拉曼光譜儀
第3章 Si基AAO掩膜的制備研究
    3.1 引言
    3.2 濺射參數(shù)對(duì)Si襯底表面Al薄膜粗糙度的影響
        3.2.1 濺射功率的影響
        3.2.2 濺射氣壓的影響
        3.2.3 襯底溫度的影響
    3.3 Si基AAO掩膜的制備研究
        3.3.1 Al的陽(yáng)極氧化的基本原理
        3.3.2 自組裝陽(yáng)極氧化裝置
        3.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
    3.4 本章小節(jié)
第4章 Si納米圖形襯底的ICP刻蝕研究
    4.1 引言
    4.2 刻蝕氣體體系的選擇
    4.3 BCl_3/Cl_2/Ar刻蝕原理分析
    4.4 ICP工藝參數(shù)對(duì)Si刻蝕速率的影響
        4.4.1 Cl_2組分濃度的影響
        4.4.2 ICP功率的影響
        4.4.3 RF功率的影響
        4.4.4 工作氣壓的影響
    4.5 ICP工藝參數(shù)對(duì)Si刻蝕形貌的影響
        4.5.1 Cl_2組分濃度的影響
        4.5.2 一步刻蝕時(shí)間的影響
        4.5.3 刻蝕氣壓的影響
        4.5.4 ICP功率的影響
        4.5.5 RF功率的影響
    4.6 ICP優(yōu)化刻蝕參數(shù)下制備Si納米圖形襯底
        4.6.1 Si納米圖形襯底的可控制備
        4.6.2 Si納米圖形襯底的光學(xué)性質(zhì)
    4.7 本章小結(jié)
第5章 Si納米圖形襯底上原子層沉積ZNO緩沖層研究
    5.1 引言
    5.2 原子層沉積表面化學(xué)
        5.2.1 表面吸附作用及吸附動(dòng)力學(xué)
        5.2.2 反應(yīng)窗口溫度
    5.3 平面Si襯底上原子層沉積ZnO薄膜
        5.3.1 ZnO沉積的溫度窗口
        5.3.2 退火溫度對(duì)ALD-ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響
        5.3.3 退火氣氛對(duì)ALD-ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響
    5.4 Si納米圖形襯底上原子層沉積三維形貌的ZnO薄膜
        5.4.1 ALD技術(shù)三維沉積ZnO薄膜
        5.4.2 Si納米圖形襯底的孔徑尺寸對(duì)三維ZnO薄膜性能的影響
    5.5 本章小結(jié)
第6章 Si納米圖形襯底的評(píng)價(jià)
    6.1 引言
    6.2 GaN薄膜晶體結(jié)構(gòu)分析
    6.3 GaN薄膜晶體質(zhì)量分析
    6.4 GaN薄膜的光學(xué)性能分析
    6.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個(gè)人簡(jiǎn)歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Thick SU8 microstructures prepared by broadband UV lithography and the applications in MEMS devices[J]. 李東玲,溫志渝,尚正國(guó),佘引.  Optoelectronics Letters. 2016(03)
[2]濺射氣壓對(duì)直流磁控濺射ZnO:Al薄膜的影響（英文）[J]. 孫可為,周萬(wàn)城,黃珊珊,唐秀鳳.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2012(10)

博士論文
[1]大功率GaN基LED芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究[D]. 周圣軍.上海交通大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3479928