作為第三代寬禁帶半導體材料的代表,氮化鋁（AlN）晶體具有寬帶隙,高擊穿電場、高熱導率、高電子飽和速率以及高抗輻射能力等優(yōu)點,在高溫、高頻、高功率電子器件的制備方面具有廣闊的應用前景。高質量單晶氮化鋁襯底的研發(fā)以及下游相關器件的制造將極大促進通信、能源、航天、國防等方面的發(fā)展。目前,世界范圍內對AlN襯底的制備技術還處于技術研發(fā)階段,產品稀少且價格昂貴。國內多家研究機構和單位相繼開展了相關研究,但在晶體尺寸、晶體質量以及襯底的器件應用等方面,均與國際先進水平存在明顯差距。物理氣相傳輸（PVT）法被公認為是能夠制備出高質量、大尺寸AlN單晶體的主流技術,但受測試手段所限,無法直觀地觀測晶體生長期間各種條件狀態(tài),難以及時反饋進行工藝調整。本文采用計算機模擬仿真技術與實驗相結合的方法,針對AlN晶體生長工藝進行研究。本文使用模擬仿真軟件VR-PVT AlN,通過晶體生長爐仿真模型的建立以及工藝參數(shù)的設定,對生長工藝中涉及的物理及化學過程,包括溫度場分布、氣流傳輸方式、不同介質之間的熱傳導、熱輻射、晶體形狀演變等進行研究。通過模擬軟件內置演算工具對焓變方程、湍流方程、熱力學及動力學方程等的聯(lián)立... 

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

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

AlN晶體及襯底1

Ala)AlN基深紫外LEDb

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文期過長，所得實驗結果難以及時對生長工藝進行反饋，擬通過試驗得到晶體生長的最佳生長工藝將耗費大量的人力物力和時間成本。圖1-3PVT法原理示意圖計算機模擬仿真技術具有成本低廉、模擬精度高的優(yōu)點。本文通過模擬仿真技術對AlN晶體生長工藝進行研究，探究加熱器位置及功率、進氣壓力、原料狀態(tài)、籽晶沉積片性質等條件對晶體生長質量的影響，并對不同時間段的晶體生長狀態(tài)進行監(jiān)測，實現(xiàn)對晶體爐內部溫場及流場的優(yōu)化，得到質量高、尺寸大、缺陷低的晶體生長工藝。這對于降低生產成本、提高企業(yè)核心競爭力具有重要意義。1.2氮化鋁晶體的結構作為的III-V族代表性半導體材料，氮化鋁晶體主要有六方纖鋅礦結構(α-phase)和立方閃鋅礦結構(β-phase)兩種結構[19]。AlN晶體的穩(wěn)定結構是六方纖鋅礦結構，而立方閃鋅礦結構屬于亞穩(wěn)態(tài)結構，常壓下不穩(wěn)定，只有在高壓下才能穩(wěn)定存在。氮原子層和鋁原子層在晶體中的不同堆疊方式是六方纖鋅礦結構和立方閃鋅礦結構的區(qū)別之處。纖鋅礦結構的堆積方式為ABABABA……，而閃鋅礦結構的堆積方式為ABCABCA……，這兩種結構在本質上的堆積方式相同。圖1-4[20]a)為纖鋅礦氮化鋁晶體的原子排列結構，Al原子和N原子相互嵌套構成四面體子晶格，在其結構中每個Al原子與最鄰近的四個N構成一個四面體，每個N原子與最鄰近的四個Al也同樣構成一個四面體。無論是N原子還是Al原子，若從單個原子角度觀察，配位方式是相同的，兩種原子形成子晶格沿c軸平移0.385c0嵌套構成AlN晶體。圖1-4b)為AlN晶體的四面體子晶格中鍵長及鍵角示意圖，Al-N鍵的鍵長有兩種，分別為0.1917nm和0.1885nm，鍵角∠NAlN也有兩種，分別為107.7°和110.5°，產生這兩種鍵長和鍵角的原因在于Al-N化合鍵的雜化方式不同[21]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Wet etching and infrared absorption of AlN bulk single crystals[J]. 李巍巍,趙有文,董志遠,楊俊,胡煒杰,客建紅.  半導體學報. 2009(07)

博士論文
[1]物理氣相傳輸法生長氮化鋁晶體的機制研究[D]. 金雷.哈爾濱工業(yè)大學 2015

碩士論文
[1]高質量氮化鋁晶體制備技術的分析[D]. 魯正乾.鄭州大學 2018



本文編號：3265001