強磁場下寬禁帶半導體薄膜製備及生長機理研究

《強磁場下寬禁帶半導體薄膜製備及生長機理研究》是依託上海大學，由夏義本擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強磁場下寬禁帶半導體薄膜製備及生長機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：夏義本
• 依託單位：上海大學

中文摘要

化學氣相沉積（CVD）寬禁帶半導體薄膜（金剛石、c-BN等）是目前國際材料科學界研究的熱點。但通常CVD方法製備得到的薄膜普遍存在表面粗糙、晶界雜亂、缺陷多、均勻性不好以及生長溫度高等缺點，限制了CVD寬禁帶半導體薄膜的廣泛套用。. 本項目將超強磁場施加在CVD腔體中，利用強磁場對薄膜材料生長過程中的電子、離子以及反應活性基團產生極強的洛侖茲力和磁能作用，影響寬禁帶薄膜的成核和生長。研究磁場強度、磁場梯度、磁場方向等對薄膜的質量、晶體結構、晶粒取向、晶粒尺寸、表面光潔度、沉積溫度、沉積速率以及薄膜的光、電等性能的影響規律。揭示強磁場下寬禁帶薄膜生長的機理，為低溫下製備出高質量、高表面光潔度的寬禁帶半導體薄膜開闢一條嶄新的途徑。

結題摘要

金剛石具有優異的力學、熱學、光學和電學等性質，是目前國內外材料科學研究的熱點之一。本項目將熱絲輔助化學氣相沉積（HFCVD）金剛石等寬禁帶半導體薄膜材料的過程置於強磁場中進行，通過研究強磁場下薄膜製備技術，探索強磁場下金剛石薄膜的成核與生長機理，有望有效提高薄膜的生長速率，降低表面粗糙度，提高薄膜質量，降低生產成本。項目主要取得如下結果： （1）設計並建立了一套在強磁場中製備金剛石膜的HFCVD小型裝置，解決了強磁場下HFCVD裝置腔體冷卻難、磁場對電熱絲存在干擾等問題。該設備的研製成功和運行開創了強磁場下金剛石薄膜製備研究的先河。 （2）研究了磁場參數，沉積參數對金剛石薄膜性能的影響。獲得了強磁場下各工藝參數對金剛石薄膜晶粒度、表面粗糙度、生長速率等的影響規律。獲得的金剛石薄膜晶粒尺寸小於40nm、粗糙度小於20nm，薄膜的沉積速率比未加磁場時提高約11%。 （3）通過對強磁場下金剛石膜生長規律的系統研究，探索了強磁場下金剛石薄膜的成核和生長機理，為獲得結構和質量可控的金剛石膜提供理論依據。 （4）項目共發表論文9 篇，其中被SCI 收錄4篇。申報國家發明專利6項（授權3 項）。培養了青年教師2名、博士生2名、碩士生3名。目前在讀博士生1名、碩士生2名。