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      西安交通大學實現2英寸異質外延單晶金剛石襯底量產

      發布日期:2024/03/17

      金剛石半導體具有超寬禁帶(5.45eV),高擊穿場強(10MV/cm)、高載流子飽和漂移速度、高熱導率(22W/cmK)等材料特性,以及優異的器件品質因子(Johnson、Keyes、Baliga),采用金剛石襯底可研制高溫、高頻、大功率、抗輻照電子器件,克服器件的“自熱效應”和“雪崩擊穿”等技術瓶頸,在5G/6G通信,微波/毫米波集成電路,探測與傳感等領域發展起到重要作用。目前,金剛石電子器件的發展受限于大尺寸、高質量的單晶襯底。硅、藍寶石等襯底的商業化,為異質外延單晶金剛石提供了前提條件。

      近日,西安交大研究團隊采用微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)技術,成功實現2英寸異質外延單晶金剛石自支撐襯底的批量化(如圖一所示)。通過對成膜均勻性、溫場及流場的有效調控,提高了異質外延單晶金剛石成品率。襯底表面具有臺階流(step-flow)生長模式(如圖二所示),可降低襯底的缺陷密度,提高晶體質量。XRD(004)、(311)搖擺曲線半峰寬分別小于91 arcsec和111 arcsec(如圖三所示),達到世界領先水平。

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      圖一. 2英寸異質外延單晶金剛石自支撐襯底照片

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      圖二. 異質外延金剛石光學顯微鏡照片(a)放大100倍(b)放大500

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      圖三. XRD測試結果(a)(004)面搖擺曲線;(b)(311)面搖擺曲線;

      (c)(311)面四重對稱;(d)極圖

      西安交大寬禁帶半導體材料與器件研究中心于2013年建立,實驗室主任為國家級特聘專家王宏興教授。實驗室經過近10年的發展,已形成具有自主知識產權的金剛石半導體外延設備研發、單晶/多晶襯底生長、電子器件研制等系列技術,已獲授權48項專利。與國內相關大型通信公司,中國電科相關研究所等開展金剛石半導體材料與器件的廣泛合作,促進了金剛石射頻功率電子器件、電力電子器件、MEMS等器件的實用性發展。


      本文轉載自《半導體材料行業分會》微信公眾號,原文發布于2024年1月5日。


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