外延立方氮化硼薄膜的摻雜及高溫半導體特性研究

《外延立方氮化硼薄膜的摻雜及高溫半導體特性研究》是依託香港城市大學深圳研究院，由張文軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：外延立方氮化硼薄膜的摻雜及高溫半導體特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張文軍
• 依託單位：香港城市大學深圳研究院

項目摘要

立方氮化硼（cBN）具有優異的物理和化學性能，是製造高溫及大功率電子器件理想的寬頻隙半導體材料。然而，由於傳統工藝製備的cBN薄膜存在晶體質量不高、內應力大及粘附性差等問題，對其半導體特性及器件套用方面的研究仍處於探索階段。本項目擬採用新型的氟輔助化學氣相沉積技術，在金剛石襯底上異質外延高質量cBN薄膜；利用離子注入技術對cBN薄膜進行p型和n型可控摻雜，系統地研究注入元素種類、離子能量、離子劑量和退火工藝對cBN薄膜晶體結構及高溫半導體特性的影響，闡明摻雜cBN薄膜晶體結構與半導體特性的內在聯繫；研製cBN同質結和金剛石/cBN異質結薄膜二極體原型器件，探討溫度對器件性能的作用機制，並確認器件的有效工作溫度範圍。本項目的實施將對cBN薄膜在高溫電子器件中的實際套用具有重要的指導意義。

結題摘要

立方氮化硼（cBN）具有優異的物理和化學性能，是製造高溫及大功率電子器件的理想寬頻隙半導體材料。傳統工藝製備的cBN薄膜存在晶體質量不高、內應力大及粘附性差等問題，如何製備高質量薄膜並進行可控摻雜是實現其半導體套用的基礎及瓶頸，相關研究仍處於探索階段。本項目採用新型製備技術進行cBN薄膜的生長，系統研究了生長條件對cBN薄膜質量的影響，解決了薄膜質量不高的關鍵問題，獲得了高質量cBN薄膜，並採用離子注入工藝實現了其可控摻雜，揭示了其高溫半導體特性，並進一步探索了cBN在高溫電子器件中的套用，為研製cBN薄膜電子器件提供了技術支撐，也為新型薄膜高溫電子材料與器件的設計和開發提供了理論及實驗依據，促進了寬頻隙半導體材料及器件的套用。研究中取得了多項創新性成果，發表在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Nano Today、Nano Energy、ACS Applied Materials & Interfaces、Applied Physics Letters、Nanoscale、RSC Advances、Journal of Materials Chemistry A、Diamond and Related Materials等國際期刊上發表論文26篇，申請國家發明專利2項。主要成果包括：（1）採用新型氟輔助化學氣相沉積（CVD）技術，在金剛石襯底上生長了異質外延的高質量cBN薄膜，薄膜具有高純度、高結晶度、低應力等特點；（2）利用離子注入技術實現了cBN薄膜的p型和n型有效摻雜，對注入元素種類、離子能量、離子劑量和退火工藝的影響做了系統深入研究，通過改變這些工藝參數，可使cBN薄膜的電導率在7個量級範圍內可控變化。（3）研究了10K至800K溫度範圍的cBN薄膜電學及傳輸性質，闡明了溫度對cBN薄膜半導體特性的影響，並探討了摻雜cBN的能帶結構及摻雜機理。（4）研製了cBN同質結和金剛石/cBN異質結薄膜二極體原型器件，測試了器件性能，探討了失效機制。