【摘要】：氮化鋁(AlN)作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,其優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)等性能,使得AlN材料的應(yīng)用變得十分廣泛,但目前制備大尺寸、高質(zhì)量的AlN體單晶材料仍是一大挑戰(zhàn)。雖然,已有大量關(guān)于AlN摻雜性質(zhì)的研究,但是,高效、穩(wěn)定、可控的摻雜仍是現(xiàn)階段的一個(gè)難題。這些都阻礙了AlN基新型器件的發(fā)展,造成這種局面的原因有以下兩點(diǎn)。第一,現(xiàn)階段的研究主要以軟件仿真為主,考慮的是理想情況。因?yàn)?在AlN材料的實(shí)際制備過程中存在許多不可控因素,所以,得到的數(shù)據(jù)會與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定的偏差。盡管如此,這些仿真數(shù)據(jù)仍是具有很大參考價(jià)值的,有它們作為研究基礎(chǔ),就可以節(jié)省大量的人力、物力。在仿真實(shí)驗(yàn)中一般選擇32個(gè)原子或72個(gè)原子的AlN超晶胞模型作為研究對象,在單摻雜或共摻雜時(shí),會將一個(gè)Al原子或N原子替換成相應(yīng)的雜質(zhì)原子,這種方式的摻雜與實(shí)際摻雜相比,摻雜濃度是偏高的,如若選擇更大的超晶胞模型就需要付出更大的計(jì)算代價(jià)。第二,AlN制備過程中雜質(zhì)原子的問題。目前,物理氣相傳輸法(PVT)是制備高質(zhì)量、大尺寸AlN晶體的最有效途徑之一,也是使用較多的一種方法,但此種方法在制備過程中會有一些不可完全剔除的雜質(zhì)出現(xiàn),比如O、C等。這些雜質(zhì)的存在會影響AlN本身的一些特性,如果我們能對這些雜質(zhì)加以分析、利用,將看似不利的因素變?yōu)橛欣蛩?就會大大提高AlN的制備效率,也更能發(fā)揮它的實(shí)用性。關(guān)于O原子,已經(jīng)有大量的研究表明,它可以與堿金屬等元素共摻,從而實(shí)現(xiàn)AlN的p型摻雜;關(guān)于C原子,也有C-Si共摻雜來實(shí)現(xiàn)AlN的p型摻雜。在半導(dǎo)體摻雜問題的研究中,有一大限制因素:隨受主雜質(zhì)摻入的施主雜質(zhì)在生長完成后很難從晶體中剔除,這會大大影響實(shí)際摻雜效率,而在以SiC為襯底生長AlN晶體時(shí),用C、Si摻雜就可以解決這一難題。C作為Ⅳ族元素,在AlN中摻雜時(shí)應(yīng)用也較為靈活,比如,用C原子替換一個(gè)Al原子屬于n型摻雜,用C原子替換一個(gè)N原子屬于p型摻雜,而C原子本身又是雜質(zhì)原子,因此,有關(guān)C原子摻雜AlN的一些特性問題值得我們深入研究。本文以C原子的摻雜為主線,以純凈的AlN為輔線進(jìn)行研究對比。仿真工具使用Materials Studio軟件的CASTEP模塊;研究對象的性質(zhì)借助電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)、光學(xué)屬性等來體現(xiàn);研究內(nèi)容包括:含C雜質(zhì)的AlN的過渡態(tài)、對完整的AlN晶胞進(jìn)行替換摻雜、間隙摻雜以及Ⅱ族元素與C原子的不同位置的共摻雜。從不同的層面對C原子的摻雜問題進(jìn)行剖析,這將會給AlN摻雜研究帶來新的靈感和強(qiáng)有力的理論支撐。
【圖文】：

1 緒論個(gè)不同鍵共同組成的。α -AlN 為六方晶系，屬于4C 6v3( P 6 mc )點(diǎn)群，其晶格常數(shù)為 a=0.3110nm、c=0.4978nm，禁帶寬度為 6.2eV，從上面介紹的鍵長鍵角可發(fā)現(xiàn)α -AlN 沒有對稱中心[16]，它可以產(chǎn)生壓電效應(yīng)。圖 1.1（b）的閃鋅礦結(jié)構(gòu)的 AlN 為立方晶系，從圖中可以看出，與α -AlN 結(jié)構(gòu)類似的是：仍以 Al 原子為中心，N 原子圍繞在四周；不同的是：連接相鄰兩原子的那個(gè)原子會在空間上形成60ο的錯(cuò)位，這種交錯(cuò)構(gòu)型的原子組合方式會使得上下共價(jià)鍵之間的排斥力有所減弱。

相反，，復(fù)合物還有可能會分解回反應(yīng)物。在實(shí)際實(shí)直接觀察到過渡態(tài)，因?yàn)樗拇嬖谟锌赡苁寝D(zhuǎn)瞬即逝的范圍內(nèi)，我們可以借助光譜技術(shù)觀察到過渡態(tài)，如飛mical IR），它可以探測到非常接近轉(zhuǎn)變點(diǎn)的分子結(jié)構(gòu)。態(tài)結(jié)構(gòu)的方法有線性同步穿越（LTS）和二次同步穿越理論（TST）考慮了分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及化學(xué)鍵的特征狀態(tài)的幾率服從玻爾茲曼（吉布斯）分布，這一理論的的所有點(diǎn)都處在熱力學(xué)平衡態(tài)。沿反應(yīng)坐標(biāo)的極大值反應(yīng)坐標(biāo)之外的其它自由度上系統(tǒng)都處在最低能量態(tài)。熵的在理論上的計(jì)算成為了可能，相比碰撞理論是一大的反應(yīng)體系中尚有不足之處。是指分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需一個(gè)化學(xué)反應(yīng)所需的最小能量，活化能表示勢壘的高度能量差，活化能越大則反應(yīng)越不容易進(jìn)行。如下圖 3.1反應(yīng)物、過渡態(tài)、生成物之間的能量關(guān)系。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ133.1

【參考文獻(xiàn)】

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5 王軍喜;劉U

本文編號：2641516