一、AlN薄膜的制备与刻蚀工艺研究（论文文献综述）
乌李瑛,瞿敏妮,沈赟靓,田苗,马玲,王英,程秀兰[1]（2021）在《等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜》文中提出采用等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术在单晶硅衬底上成功制备了具有（002）晶面择优取向的氮化铝（AlN）晶态薄膜,为设计新型压电功能器件提供了思路。利用椭圆偏振光谱仪（SE）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析。结果表明,在250℃沉积温度下,以N2、H2和Ar的混合气体的等离子体作为共反应物,在相同工艺条件下仅增加前驱体三甲基铝（TMA）脉冲注入之后的氮气吹扫时间(tp1),制备的AlN薄膜的（002）晶面择优取向趋于显着,说明tp1的增加可以促进Al和N原子的有序排列,并促进（002）晶面择优取向形成。实验中,tp1为30 s且循环次数为1 150时,PEALD制备的AlN薄膜表面平整光滑,均方根表面粗糙度为0.885 nm,（002）晶面衍射峰最明显,薄膜中氧原子数分数为11.04%,氧原子在AlN薄膜中形成氧缺陷并形成一种稳定的基于八面体配位铝的新型氧缺陷相,XPS结果证明了N—O—Al键的形成。
王强[2]（2021）在《基于AlN的MEMS压电水听器的设计与制备技术研究》文中研究指明水听器作为声呐系统的核心元器件,广泛应用于水声探测、水下通讯、海啸预警以及潜艇探测等军事领域。针对传统水听器体积大、成本高、一致性差的缺点,本文提出了一种基于氮化铝（AlN）的MEMS压电水听器。压电水听器利用正压电效应可以将声信号转换为电信号从而实现声-电转换,具有加工流程简单、可批量制造、成本低、体积小、功耗低等优点。本文建立了压电MEMS水听器的数学模型并对其进行了有限元仿真分析、结构优化、工艺制备以及性能测试,主要包含以下几点工作内容:（1）设计了压电水听器的整体结构并建立了压电水听器的数学模型,计算了水听器的谐振频率、能量转换效率和灵敏度等关键性能指标。分析了在均匀声压下,压电薄膜中的应力和位移。（2）对压电水听器进行了有限元仿真,分析了水听器的谐振频率以及在谐振频率下的振动模态,给出了水听器的谐振频率与其结构参数的关系。计算了在均匀声压下,压电薄膜中的应力和位移,仿真结果验证了数学模型的准确性。通过所建立的数学模型和有限元仿真对水听器的结构进行了优化并仿真了水听器的灵敏度与线性度。（3）设计了压电水听器的工艺制备流程并绘制了相应的掩膜版图,采用MEMS技术对压电水听器进行了工艺制备,对所涉及到的关键工艺详细介绍了其原理和注意事项,给出了工艺实施的具体参数。（4）在激光显微镜、扫描电子显微镜观察了所制备的水听器的形貌,对AlN压电薄膜进行了XRD测试和能谱测试。使用POLYTEC微系统分析仪测试了水听器的谐振频率以及模态。使用阻抗分析仪测试了水听器的阻抗曲线,通过阻抗曲线计算出水听器的机电耦合系数为7.5%。对水听器进行了灵敏度测试,在10Hz到2k Hz范围内,其灵敏度在-170.5d B和-202.4d B之间。
赵祉澎[3]（2021）在《氮化铝薄膜声表面波（SAW）高温应变传感器的制备与表征》文中研究说明声表面波（Surface Acoustic Wave,SAW）传感器是利用压电效应和声表面波传播的物理特性制成的MEMS器件。传统Si基MEMS应变传感器无法在超过100℃的高温环境下工作,难以满足高温场景的压力测量工作。而作为压电材料的AlN薄膜具有优异的物理和化学性质,但其仍存在着压电常数d33和机电耦合系数K2较低的问题。本论文着重于研究改进AlN薄膜工艺,来制作出基于AlN压电薄膜的SAW传感器。本研究用反应磁控溅射法,在蓝宝石衬底上沉积具有（002）取向的AlN压电薄膜,通过控制衬底温度和工作气压来寻找其最佳的结晶质量的实验条件参数;利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、台阶仪和压电测试仪等测试设备对薄膜的结构、成分及性能进行表征;设计叉指电极并利用光刻技术图案化,用直流磁控溅射法沉积Pt叉指电极和Ta过渡层,制作出Pt/Ta/AlN/Sapphire结构的SAW传感器,通过金相显微镜和扫描电子显微镜表征其结构,用网络分析仪测量其特征频率。研究结果表明:衬底温度及工作气压均对AlN压电薄膜的结晶质量和择优取向有较大影响。当衬底温度从300℃提高到400℃时,AlN结晶质量先沿（002）晶面生长变好随后结晶质量变差;工作气压从0.45 Pa下降到0.25 Pa,AlN（002）晶面的结晶质量先变好再变差,AlN（002）取向最佳结晶质量的条件为:溅射功率350W,Ar:N2=20:4 sccm,衬底温度375℃,工作气压0.35 Pa。最佳工艺参数下制备的AlN薄膜压电系数为25 p C/N。最佳工艺下制备的SAW传感器特征频率为258MHz,与设计频率250 MHz接近。S11参数值范围为-4.1d B到-13.89 d B。综上所述,本论文针对声表面波传感器的压电薄膜材料的制备进行了研究,初步测量了器件的S网络参数,对目前声表面波传感器在应用中所遇到的一些问题提出了明确的解决方案,为后续高温传感器的应用提供了理论和技术基础。
姜光远[4]（2021）在《GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究》文中研究说明GaN 基异质结场效应晶体管（GaN-Based heterostructure field effect transistors,GaN-Based HFETs）是新一代半导体器件的杰出代表,由于其具有高电子迁移率、高临界击穿电场等优越性能,在高频、大功率领域具有广阔应用前景,是支撑下一代无线通讯、航空航天、新能源汽车等高新技术产业的核心电子元器件,契合国家重大战略需求,有利于国家产业自主创新发展和转型升级,具有重要的研究价值。经过近三十年发展,对GaN-Based HFETs相关物理机制的认识逐渐加深,对GaN-Based HFETs材料和器件结构、制备工艺等进行了长期的探索,器件性能得到了大幅提升,商业化进程不断加快,目前,在部分领域,已经推出了商业化的芯片产品。但是,当前也存在制约进一步商业化应用的因素:强极化效应、表面态问题和电流崩塌等对GaN-Based HFETs可靠性产生重要影响,还有增强型GaN-Based HFETs技术不够成熟,这些都亟需进一步解决。加之,GaN-Based HFETs依然有很多问题需要进一步深入研究。例如:极化库仑场（polarization Coulomb field,PCF）理论与GaN-Based HFETs器件性能关联关系的进一步深入研究,主要包括:器件势垒层优化和增强型器件性能与PCF散射关联关系等。这些研究对于明确GaN-Based HFETs器件物理机制,进一步提升GaN-Based HFETs器件性能具有重要意义。强极化效应是GaN材料区别于其它半导体材料的重要特征,其对GaN-Based HFETs性能产生了重要影响。无需掺杂,GaN-Based HFETs异质结界面就可以产生～1×1013cm-2 的二维电子气（two-dimensional electron gas,2DEG）。PCF 散射是与GaN-Based HFETs中强极化效应紧密相关的一种散射机制,它是由势垒层应变分布不均匀产生微扰散射势对电子散射引起。自从该散射提出以来,从器件工艺、器件尺寸等方面进行了大量研究,研究表明,PCF散射对器件性能和可靠性会产生重要影响。然而,对于PCF散射,理论模型有待进一步完善。器件势垒层优化是提高器件性能的重要途径,AlGaN/GaN HFETs的AlGaN势垒层Al组分和厚度改变会对AlGaN势垒层强极化效应产生影响,由此,影响AlGaN/GaN HFETs器件性能,这些影响因素与PCF散射的关联关系亟需明确。此外,随着GaN-Based HFETs在超高频领域的发展,需要对器件尺寸进行缩放,为了保持大的纵横比,避免出现短沟道效应,以超薄AlN作为势垒层的AlN/GaNHFETs出现,该结构成为GaN-Based HFETs在超高频领域应用非常有前途的器件结构之一。AlN材料极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射关联关系是一个需要研究的重要问题。另外,由于AlGaN/GaN异质结存高密度的2DEG,常规AlGaN/GaN HFETs是耗尽型（depletion mode,D-模）器件,在功率转换应用中,电源转换器开启时,功率器件的栅极必须施加负栅偏压,保持器件通道的关断,否则,器件会短路。因此,要实现功率转换系统结构简单、低功耗和低成本的要求,需要采用增强型（enhanced mode,E-模）器件。P-GaN/AlGaN/GaNHFETs 被认为是最具商业化应用潜力的实现增强型器件的方法。PCF散射对P-GaN/AlGaN/GaN HFETs器件性能的影响还从未有过研究报道。本文从以上问题出发,将PCF散射与当前GaN-Based HFETs面临问题相结合,首先研究了 PCF散射的电子体系,进一步完善和发展了 PCF散射理论模型。再基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs AlGaN势垒层Al组分和厚度与PCF散射的关联关系,为势垒层优化提供了新的思路。又对具有超薄AlN势垒层的AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系进行分析研究。最后对P-GaN/AlGaN/GaNHFETs中PCF散射对器件电学性能的影响机制进行研究,首次发现PCF散射引起的增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs寄生源电阻（Rs）的栅极偏置依赖性。通过本文研究,力图通过完善和发展PCF散射理论,深入理解GaN-Based HFETs中强极化效应与器件性能相互作用的相关机理,为提高器件可靠性,优化器件电学性能提供新的理论依据。具体内容如下:1.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射的电子体系研究对AlGaN/GaN HFETs中PCF散射的电子体系进行研究。制备了栅长为200nm、100nm和30nm,栅-源间距为1μm,栅宽为40×2μm的AlGaN/GaN HFETs。针对当前PCF散射基态哈密顿量选取原则不明确的问题,采取把栅-源、栅下和栅-漏区域2DEG看作三个独立电子体系和漏-源沟道2DEG看作统一电子体系两种不同计算PCF散射的方法分析计算上述三个不同栅长AlGaN/GaN HFETs器件,对应两种不同的方法选取不同的基态哈密顿量,结合测试得到的制备器件的电流-电压（I-V）数据,通过自洽迭代的方法计算得到栅下电子迁移率和附加极化电荷。从附加极化电荷角度分析两种方法哪种更合理。由于栅下区域2DEG会随着栅偏压的减小（栅偏压减小对应栅偏压负偏压增大）而降低,而把漏-源沟道2DEG看作统一电子体系的方法在计算过程中不能够考虑栅下2DEG密度随栅偏压的变化,基态波函数中使用的是栅偏压为0V时的2DEG密度,这就使2DEG密度被高估,影响计算结果准确性,在栅长越大和栅偏压越小的情况下产生的影响越大。而把漏-源沟道2DEG划分为三个电子体系,栅-源电子体系、栅下电子体系和栅-漏电子体系,计算每个电子体系的PCF散射时,以该体系的极化电荷作为基准,其他两个体系极化电荷与基准极化电荷的差值作为附加散射势产生对该体系电子的PCF散射,这就可以在计算过程中充分考虑栅下2DEG密度随栅偏压的变化,更能真实反应PCF散射机制,使计算结果准确,该成果完善了 PCF散射理论。2.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系研究基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层Al组分与PCF散射的关联关系。在AlGaN势垒层Al组分为0.17和0.26的AlGaN/GaN异质结材料上制备了相同尺寸的双指栅AlGaN/GaNHFETs,器件栅长为0.6μm,栅-源（栅-漏）间距为1.5μm,栅宽为40×2μm。通过实验测试得到电流-电压（I-V）和电容-电压（C-V）数据,基于PCF散射理论模型计算得到栅下附加极化电荷和电子迁移率。通过对栅下附加极化电荷、电子迁移率和2DEG密度的综合分析,发现增加AlGaN势垒层Al组分会导致栅下附加极化电荷和2DEG密度都增加,这两种因素都会对PCF散射强度产生重要影响。更多的栅下附加极化电荷产生更强的PCF散射势,因此,这个因素会增强PCF散射;然而,PCF散射是一种对2DEG密度很敏感的库仑散射,2DEG密度越高,AlGaN/GaN异质结三角形量子阱更深,量子限制效应强,电子动能更大,PCF散射势对2DEG的散射作用减弱,而且2DEG密度高时,较强的库仑屏蔽效应也会减弱PCF散射强度。所以,更大的2DEG密度会削弱PCF散射。栅下附加极化电荷和2DEG密度对PCF散射的贡献是相反的。对于本文研究的样品,2DEG密度增加对PCF散射的影响大于栅下附加极化电荷增多产生的影响。可以推断,PCF散射强度随Al组分的增加而增加或减少,这取决于栅下附加极化电荷和2DEG密度对PCF散射的影响谁占主导地位。本研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层Al组分与PCF散射的关联关系,并为优化AlGaN势垒层中的Al组分、根据不同需要调整PCF散射强度提供了新思路。该成果有益于AlGaN/GaNHFETs材料和器件结构优化。3.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系研究基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层厚度与PCF散射的关联关系。在AlGaN势垒层厚度为15.5nm、19.3nm和24.7nm的AlGaN/GaN异质结材料上制备了相同尺寸的AlGaN/GaN HFETs,器件栅长为4μm,栅-源（栅-漏）间距为10μm,栅宽为70μm。利用实验测试得到的I-V和C-V数据,基于PCF散射理论模型计算得到栅下附加极化电荷和电子迁移率。对栅下附加极化电荷、电子迁移率和2DEG密度进行综合分析,发现AlGaN势垒层厚度较厚的样品,当栅极施加相同栅偏压时,栅下势垒层中电场强度更小,栅下势垒层逆压电效应更弱,所以导致栅下产生更少的附加极化电荷,更少的附加极化电荷对应更弱的PCF散射势;而且,AlGaN势垒层厚度较厚的样品2DEG密度更高,更高的2DEG密度也会使PCF散射强度减弱。所以,AlGaN势垒层厚度的增加会使栅下附加极化电荷减少和2DEG密度增加,这两个因素都会减弱PCF散射强度。可以推断,AlGaN势垒层越厚,PCF散射越弱（不发生应变弛豫的情况下）。因此,可以通过增加势垒层厚度来降低PCF散射强度。本研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层厚度与PCF散射的关联关系,并为优化AlGaN势垒层厚度,抑制PCF散射强度提供了新思路。该成果也有益于AlGaN/GaN HFETs材料和器件结构优化。4.AlN/GaN异质结场效应晶体管中AlN势垒层与极化库仑场散射的关联关系研究研究确定了 AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系。在具有超薄势垒层的AlN/GaN异质结材料上制备了亚微米T型栅AlN/GaN HFETs,器件栅长为0.5μm和0.6μm,栅-源（栅-漏）间距为1.7μm,栅宽为40×2μm。基于PCF散射理论计算了两样品附加极化电荷和电子迁移率。一方面,由于AlN/GaN HFETs的AlN势垒层非常薄,栅极施加栅偏压后,势垒层中电场强度很强,且AlN材料压电系数大,因此,逆压电效应很强。栅下产生大量附加极化电荷,这会产生较大的PCF散射势,从而增强PCF散射。然而,栅偏压引起的逆压电效应不能使AlN势垒层无限应变,随着栅偏压的减小,附加极化电荷会出现饱和现象。另一方面,AlN/GaN HFETs的AlN势垒层非常薄,栅下2DEG密度更容易被施加的负栅偏压耗尽。随着栅偏压的减小,栅下2DEG密度迅速降低。2DEG密度的减少将使附加散射势对2DEG的散射效果增强,从而使PCF散射强度增大。本研究确定了 AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系,为AlN/GaN HFETs材料和器件结构优化提供新的理论依据。5.极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN异质结场效应晶体管寄生源电阻的影响研究在Si（111）衬底的P-GaN/AlGaN/GaN异质结材料上制备了不同器件尺寸的增强型（E 模）P-GaN/AlGaN/GaN HFETs,针对 PCF 散射对增强型 P-GaN/AlGaN/GaNHFETs寄生源电阻（Rs）的影响机制进行了研究。通过栅探针法（gate-probe method）测试得到每个样品不同栅偏压对应的Rs,发现Rs随栅偏压有明显变化,不同器件尺寸样品的Rs随栅偏压的变化也不同。分析表明Rs的变化由栅-源区域电子迁移率决定。器件工艺和栅偏压引起的附加极化电荷产生附加微扰势对栅-源区域电子具有PCF散射作用。器件尺寸和栅偏压影响PCF散射强度,进而引起不同尺寸器件的栅-源区域电子迁移率不同以及相同尺寸器件在不同栅偏压下栅-源区域电子迁移率也不同。本文研究首次发现PCF散射引起增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs的Rs栅极偏置依赖性,为深入研究增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs的Rs,优化器件性能提供了新的理论依据。
谭毅成[5]（2021）在《耐等离子体刻蚀钇基复合陶瓷的制备及其性能研究》文中认为等离子刻蚀技术是选择性去除晶圆表面物质的一个重要工艺过程,是现代集成电路制造领域不可缺少的工艺步骤。等离子刻蚀目的是在涂胶的晶圆上高效地复制掩膜图形,通过化学和物理过程选择性地从晶圆表面去除不需要的材料,从而形成微电路。随着集成电路技术的高速发展,等离子体刻蚀技术逐渐成为纳米量级的集成电路制造和微纳制造工艺中广泛应用的刻蚀技术。随着刻蚀气体中含氟等离子体能量的提高,高能含氟等离子体会侵蚀腔体和腔体内部件,缩短部件的使用寿命;同时腐蚀过程中会生成难挥发的氟化物沉积在晶圆表面,同时也增加了晶圆的污染。因此,刻蚀机腔体和腔体部件材料的耐等离子体刻蚀性能变得至关重要,研究陶瓷材料的等离子体刻蚀机理以及制备优异的耐等离子体刻蚀性能陶瓷材料具有十分重大的意义。当前,广泛应用的陶瓷腔体材料集中于氧化钇陶瓷,高纯Y2O3材料成本高且机械强度低,它的断裂韧性和抗弯强度分别只有1.1 MPa.m1/2和130 MPa,这使得刻蚀机腔体部件在制造、运输或使用的时候容易损坏腔体内壁的高纯Y2O3材料,而99.9%Al2O3的断裂韧性和抗弯强度高达5-6 MPa·m1/2和400 MPa及99.9%ZrO2的断裂韧性和抗弯强度分别达4-5 MPa·m1/2和1000 MPa。本文在Y2O3粉体中混入一定比例的ZrO2或Al2O3,以此来制备锆增韧或铝增韧的钇基复合陶瓷（细分为钇锆复合陶瓷和钇铝复合陶瓷）并降低材料制造成本。本课题通过对比陶瓷在等离子刻蚀环境前后的质量损失率以及表面粗糙度变化,分析刻蚀前后陶瓷表面形貌和电子结合能变化,深入研究钇基复合陶瓷在等离子体环境中的刻蚀行为。本文的主要研究内容及重要结论如下:（1）通过物理溅射实验,研究了刻蚀后的质量损失、表面形貌与Y2O3/ZrO2或Y2O3/Al2O3比值之间的相互关系以及Ar等离子体与陶瓷表面发生的反应过程。确定了刻蚀后的质量损失率与Y2O3/ZrO2或Y2O3/Al2O3比值之间的非线性对应关系,且Ar等离子体与陶瓷表面发生的是纯物理反应过程,溅射出的物质为化合物颗粒。（2）通过物理刻蚀研究,对公认的Sigmund溅射理论进行了深入分析和研究,论证了钇基复合陶瓷在Ar等离子体环境中的耐溅射性取决于化合物的表面结合能这一重要事实。（3）通过化学刻蚀实验,研究了刻蚀后的质量损失、表面形貌与Y2O3/ZrO2或Y2O3/Al2O3比值之间的相互关系以及CF4等离子体与陶瓷表面发生的反应过程。确定了刻蚀后的质量损失率与Y2O3/ZrO2或Y2O3/Al2O3比值之间的非线性对应关系,且CF4等离子体与陶瓷表面发生了化学反应,利用刻蚀表面元素电子结合能的变化确认了化学反应产物,而化学反应产物的表面升华焓和沸点直接决定陶瓷材料的耐化学刻蚀性能。（4）利用渗流理论对钇基复合陶瓷在等离子环境中的质量损失进行了仿真。仿真结果表明当ZrO2或Al2O3的含量超过某一阈值时,钇基复合陶瓷的质量损失率将发生突变,这与实测质量损失率随ZrO2或Al2O3的变化趋势是一致的。
韩毅帅,孙天玉,贾慧民,唐吉龙,房丹,王登魁,王晓华,张宝顺,魏志鹏[6]（2021）在《氮化铝微环谐振腔临界耦合条件及制备工艺研究》文中提出针对氮化铝微环谐振腔实现临界耦合条件困难的问题,设计并制备了氮化铝弯曲耦合微环谐振腔。分析了微环谐振腔耦合系数公式,分别阐述了多种提高耦合强度方案的优势和劣势,最终选用弯曲耦合结构来增强耦合强度,得到了在宽耦合间隙下,实现临界耦合条件的解决方案。在蓝宝石衬底上生长了高质量的氮化铝单晶薄膜,选用导电胶克服材料的不导电性,并利用电子束曝光系统将弯曲角度为40°、耦合间隙0.19μm、波导宽度0.41μm的微环谐振腔图形化,分析优化多项氮化铝刻蚀参数,最终将图形转移至氮化铝层,得到了耦合间隙均匀、侧壁平整的弯曲耦合氮化铝微环谐振腔。该研究为氮化铝微环谐振腔实现临界耦合条件提供了选择参考。
邢志伟[7]（2021）在《基于电化学反应的GaN基纳米材料与器件研究》文中研究说明氮化镓（GaN）基材料因其优异的材料特性,比如直接带隙、电子饱和速率快以及化学性质稳定等,在太阳光电化学储能以及柔性透明光电子器件领域具有十分巨大的研究和应用前景。然而,尽管GaN基材料是光催化还原CO2的理想材料,但是氮化物材料在长时间光催化反应中的稳定性差以及太阳能利用率低的难题严重制约了太阳光催化反应的发展。另一方面,由于GaN基材料的外延衬底通常是刚性的,很难获得柔性透明的GaN基材料,所以柔性透明光电子器件的发展迫切需要高效且低成本的相应柔性薄膜制备技术。基于以上难题,本论文以GaN基材料在太阳光能储能以及相关柔性且透明光电子器件的制备和应用为目标,基于电化学反应开展了 InGaN材料光催化还原CO2和GaN基纳米柱结构柔性薄膜制备的相关研究工作。本论文采用旋涂的工艺方法,构筑了 InGaN薄膜/C3N4异质结光电极,提高了光电极稳定性和催化效率;优化了 InGaN材料结构,进一步提升了光电极稳定性以及产H2效率;基于电化学反应,研究了 InGaN纳米柱和AlGaN纳米柱结构柔性薄膜的制备,为实现柔性透明的GaN基器件奠定了扎实基础。本论文的主要研究成果如下:1.研究了 InGaN外延薄膜在光催化还原CO2中的应用。基于InGaN光阳极,仅在光照下,还原CO2得到CO、CH4、C2H4、C2H6和H2产物,其中主要产物CO和H2的含量分别为14.75 μmol/mol和21.39 μmol/mol。通过界面工程分析,采用C3N4作为助催化剂,催化还原CO2的主要产物CO和H2产物含量分别增加了 2.5倍和1.3倍。C3N4增强了光吸收,抑制了载流子复合并大大增加了反应的比表面积,提高了 InGaN光电极的稳定性,进而提高了催化效率。进一步,基于室温晶片键合技术制备了 p-GaAs//n-GaN异质结,研究了键合界面层对键合异质结电学性能的影响,结果表明具有较薄键合界面层的样品更容易展现出线性接触特性和小的接触电势差,并可以通过改变键合界面层的结构来调控键合样品的电学性能。2.研究了 InGaN量子点和InGaN纳米柱（Nanowires,NWs）在还原CO2中的催化还原特性。相同实验条件下,相比于InGaN薄膜光阳极,InGaN量子点/C3N4电极表现出更强的稳定性和更高的催化活性,并且主要产物CO和H2的含量比InGaN薄膜分别增加了约2.2倍和14.5倍。这种性能的提升归因于InGaN量子点表面形成的电偶极子促进了光生载流子传输和水的氧化。InGaN量子点更适合于光分解水制备H2,同时C3N4可以促进含碳化合物的形成并增强光电极稳定性。然而,对于InGaN纳米柱,由于氮化物材料的选择性电化学刻蚀,InGaN纳米柱在光催化还原CO2中,虽然有气相产物产生,但InGaN纳米柱在较短时间内脱落。3.基于电化学刻蚀的方式制备InGaN纳米柱柔性薄膜。研究了 InGaNNWs柔性薄膜制备的影响因素,结果表明外置偏压InGaNNWs中的A1N层以及NWs之间的空隙是柔性纳米柱结构薄膜制备的必要条件,薄的A1N层在剥离过程中起着牺牲层的作用。而电解质主要通过NWs之间的空隙到达A1N层,进而在水平方向以及垂直方向上刻蚀A1N层,从而导致柔性纳米柱薄膜的形成。InGaN NWs结构薄膜可以很好保持本身的材料结构特性,并展现出稳定的光学特性以及优异的柔韧性,这归因于薄膜的纳米柱结构和纳米柱薄膜底部的网状结构。并且,通过PL以及压电性能测试,发现InGaN纳米柱结构薄膜在白光LED以及压电传感器方面具有潜在的应用。4.研究了 AlGaNNWs柔性薄膜的制备以及探测器应用。通过所设计的剥离工艺,成功地获得了具有良好柔韧性和高透明性1 cm×1 cm致密的AlGaN NWs柔性薄膜。除了选择性刻蚀外,还发现酸性溶液更适于AlGaNNWs薄膜的剥离转移。AlGaNNWs在数百次弯曲后依然保持了很好的结构完整性。基于NWs薄膜制备出了肖特基型光电探测器,探测器的峰值响应度（异质硅衬底）在300 nm时约为3.9 mA/W,上升时间Ton=65 ms,下降时间Toff≤ms。相比于原始AlGaNNWs样品制备的探测器器件,AlGaNNWs薄膜器件的峰值响应特性提高了约166%。AlGaNNWs薄膜探测器性能的提升,归因于AlGaNNWs中富A1壳层和A1N层的去除以及NWs表面缺陷和表面态的降低。
苏帅[8]（2021）在《基于自终止热刻蚀方法的凹槽栅GaN高电子迁移率晶体管研究》文中研究说明GaN作为第三代半导体的代表,具有大禁带宽度、高击穿场强的优良特性,同时AlGaN/GaN异质结具有高浓度二维电子气（2DEG）、高电子迁移率的突出特点,因此利用AlGaN/GaN异质结制备的高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）具有高耐压、低导通电阻、高开关速率等优点,有望应用于高频高压电力电子器件中,极大地提高能源转换的效率。在实际应用时,考虑到失效安全及简化驱动电路的需求,需要制备增强型器件。在增强型器件开发中,高均匀性、低界面态密度的栅极凹槽可控制备成为亟需解决的关键瓶颈问题之一,也成为当前国内外研究的热点。针对上述关键科学问题,本论文基于系统研究提出并开发出一种新型栅极凹槽制备的方法,并将该方法应用于器件的制备中。论文的主要研究内容如下:1.成功开发出一种新型高均匀性、低界面态密度、深度可控的栅极凹槽制备方法。深入研究了传统干法刻蚀和湿法腐蚀的机理以及存在的问题,并提出了利用MOCVD高温自终止热分解刻蚀方法实现高均匀性、低界面态栅极凹槽结构的技术思路。进而设计和生长了具有10 nm GaN插入层的复合势垒外延结构,并对该外延结构的极化模型及各外延层的作用做出了系统分析。基于该复合势垒外延结构,成功验证了热分解自终止刻蚀方法的可行性。针对分解完成后凹槽表面出现的凸起结构问题,提出了凹槽在热分解过程中所受的气流模型,详细分析了分解温度、腔室压强、NH3气流量、凹槽与气流相对方向的影响,并最终优化出分解完成后表面平整,台阶流清晰,且粗糙度为0.29nm的凹槽表面形貌。通过该自终止热分解方法的使用凹槽深度的均匀性提高了～3倍,凹槽深度达到精确可控,且分解过程对2DEG特性无影响,同时可以将由于干法刻蚀造成的界面损伤态（Cl相关）以及表面杂质（O和C等）几乎完全去除,界面态密度由～1013 eV-1·cm-2降低到～1011 eV-1·cm-2,降低了～2个数量级。2.利用Si离子注入的方法,制备出高均匀性、低接触电阻率的源漏欧姆接触。研究了传统Ti/Al基高温欧姆接触的形成原理及各层金属的作用,利用TiN表面接触层,制备出低表面粗糙度的无Au欧姆接触;通过优化AlGaN势垒厚度、Ti/Al金属的厚度比、退火温度等条件,得到接触电阻率为0.84 Ω·mm的无Au欧姆接触,但其电阻率难以继续降低。开发出完整的Si离子注入欧姆接触制备工艺,研究了离子注入剂量与接触电阻率的关系,通过优化得到接触电阻率低至～0.3 Ω·mm的源漏欧姆接触。得益于Si离子注入的高均匀性,接触电阻率的片上均匀性极高。实验中为了解决Si离子高温激活过程中的表面分解问题,利用SiN/AlN叠层结构作为高温退火的表面保护层从而有效解决了表面分解的问题,同时表面保护层增强了异质结沟道处的2DEG浓度,减小了沟道的方阻,另外该保护层薄膜可以作为器件的的钝化层存在。3.使用自终止热分解刻蚀方法成功制备了高均匀性、低栅极界面态的GaN MIS HEMT器件。与传统干法刻蚀方法制备的器件相比,其性能实现了大幅提高。阈值电压漂移减小至0.08 V,栅极失效电压提高至+13 V,阈值电压的热漂移降低至-0.4V,且VTH均匀性显着提高,达到-6.03±0.12V。设计并生长了应用于增强型MIS HEMT器件制备的双沟道复合势垒外延结构,使用该外延结构成功制备出MIS栅结构增强型器件,器件阈值电压VTH为1.2 V@10μA/mm,开关比为109,输出电流～300mA/mm以上,初步实现增强型器件操作,成功验证了自终止热分解刻蚀方法在增强型MIS HEMT器件制备中的可行性。4.开发出完整的基于自终止热刻蚀方法制备二次外延p-GaN栅增强型器件的工艺流程,并制备了与其工艺兼容的混合阳极横向二极管器件。制备的增强型器件阈值电压达到1.75 V@10μA/mm,开关比达到1010量级,阈值电压回滞减小至0.005 V,栅极漏电流降低,输出电流和峰值跨导均实现了提高。深入研究了 GaN HEMT器件在实际应用中需要与二极管反接并联使用的需求,成功开发出一种与二次外延p-GaN栅增强型HEMT器件制备工艺完全兼容的厚势垒混合阳极横向二极管器件,相比传统的一次外延薄势垒结构二极管,器件的正向开启电压Von（0.7 V）导通电阻Ron（10.2 Ω·mm）同时实现了降低,且器件在无场板结构的情况下,实现了 488 V的反向击穿电压。
聂源[9]（2020）在《氮化铝基薄膜电路基板制作及性能研究》文中提出新一代的氮化铝（AlN）陶瓷基板,导热系数高达230W（m.k）,介电损耗0.0002,相对介电常数8.7,电阻率>1014Ω.m,热膨胀率4.0-6.0,3点抗弯强度450MPa,成本为氧化铝（Al2O3）陶瓷的1/4,为氧化铍（Be O）陶瓷的1/5,性能参数已可完美替代Al2O3陶瓷基板和Be O陶瓷基板,可同时满足高频通讯和大功率器件散热要求。因此,AlN基板表面金属化电路制作成为混合集成电路（HIC）设计应用的重要研究内容。微带电路由微带线和电子元件组成,而主要的电路基板为Al2O3陶瓷和Be O陶瓷。由于Be O陶瓷加工时的毒性,对人体和环境的严重危害,Al2O3陶瓷由于其导热系数不高29 W（m.k）,不能运用到大功率散热器件上。本次课题以AlN陶瓷基板为底材,通过薄膜电路技术制备后其表面的导带并集成薄膜电阻、电感等无源器件并加工制作金属化接地孔,有效的解决了微波电路小型化、集成化的问题,产品可靠性更佳,制造成本更低,未来在市场应用更广。1.简要介绍AlN陶瓷基板特性、应用现状及国内外研究动态,介绍本次课题自身主要研究工作,以及产品主要技术指标。2.完成AlN陶瓷基板的电路设计与工艺路线实现。设计出3种AlN基板电路:S波段电桥电路、功率电阻电路和金属化孔电路,完成后分别测试其电性能参数指标,验证是否达到设计要求;通过对AlN基板电路制作金属化方法研究,最终确定薄膜工艺路线,通过磁控溅射法进行AlN基表面金属层种植。3.对AlN基板电路制作关键工艺进行研究,研究了打孔夹具、占空比、扫描速度对激光加工质量的影响;不同清洗条件及清洗方案对表面清洗质量的影响;不同溅射工艺条件及参数对着膜质量的影响;钛钨（Ti W）抗刻蚀层对湿法蚀刻线路质量的影响以及弹性模量对划片质量的研究,完成了AlN基板电路金属化制作,并制作出了成品。4.完成AlN基3种电路基板的各项参数测试,电性能指标满足设计及使用要求。
李亮[10]（2020）在《Ⅲ族氮化物基深紫外发光二极管P型电极及AlN衬底研究》文中进行了进一步梳理Ⅲ族氮化物材料（Al N、Ga N、In N）具有载流子寿命长,良好的化学和热稳定性等优点,是目前唯一已知的宽禁带、直接带隙且波长连续可调的发光材料。基于Ⅲ族氮化物材料制备的深紫外发光二极管（DUV-LED）具有尺寸小、寿命长、节能、环保等优点,在固化、杀菌消毒、生物质检测等领域有着广泛应用。随着2020年水俣公约的正式生效,全球将全面禁止含汞制品的生产和销售,DUV-LED最有希望成为传统紫外汞灯的替代产品。但是,目前DUV-LED的外量子效率（EQE）依旧很低,最高仅达～20%,还有很大的提升空间,这主要是由三个原因造成的:首先高Al组分材料生长过程中多量子阱（MQW）内部螺旋位错（TDD）密度的增加和极化场的增强,大大降低了LED的内量子效率（IQE）;其次是高Al组分下半导体材料掺杂效率的降低、载流子激活能的增加导致电注入效率的降低;最后是半导体及电极材料对紫外光极的强吸收以及紫外光的全反射导致紫外光出射困难,降低了光提取效率（LEE）。而其中,DUV-LED中LEE的提升最为迫切,对发光效率的影响最大。由于金属电极材料对出射的紫外光来说基本是不透明的,因此DUV-LED一般采用倒装结构从衬底面出光,倒装结构的LED要求p型电极对出射光有尽可能高的反射率而衬底则要求尽可能高的透过率。因此,本文将主要围绕设计和制备可用于DUV-LED的p型高反电极和Al N单晶衬底两个方面展开。MoOx材料作为一种透明金属氧化物,具有高功函、优异的空穴传输性和透光性,而金属Al在DUV波段依然有着超过90%的反射率,基于此,本文制备了一种新型的Mo Ox/Al氧化物/金属异质结用作DUV-LED的p型高反电极,在优化其制备工艺的同时,对其进行了反射率和欧姆接触性能的表征,当Mo Ox厚度为2 nm,并经过300℃、N2气氛快速热退火1 min之后,成功制备了在波长280 nm处反射率达到89.9%,和p-Ga N层之间的比接触电阻率为0.22Ω*cm2的深紫外高反p型电极,在6 m A的输入电流下,将Mo Ox/Al用作p型电极的DUV-LED其271 nm处的背面发光效率为采用传统Ni/Au电极DUV-LED的2.1倍。AlN薄膜和蓝宝石材料在深紫外光都有着较高的透过率,因此,在蓝宝石衬底上生长的Al N单晶薄膜可用作倒装结构DUV-LED的外延生长模板。而且,由于Al N和Al Ga N之间晶格常数和热膨胀系数比较匹配,在单晶Al N模板上可生长出高质量的Al Ga N外延层。目前生产高质量Al N单晶模板大多采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）、物理气相传输（PVT）等方法制备,成本较高,难以实现大规模的商业化,而磁控溅射技术具有生长速度快、成本低、尺寸大等优点,而且高温热退火（HTTA）（>1500℃）能够显着改善磁控溅射Al N薄膜的晶体质量。我们将磁控溅射和高温热退火技术相结合,并且优化了磁控溅射制备Al N薄膜的工艺参数,得到最优的组合为总气压0.2 Pa、Ar/N2比65%/35%、衬底温度580℃、厚度500 nm,并利用该参数在极性C（0001）、半极性R（10-12）、非极性A（11-12）面蓝宝石衬底上沉积500 nm的Al N薄膜,对退火前后的样品进行了包括粉末X射线衍射、摇摆曲线、透射光谱、拉曼和红外光谱的表征,进一步丰富了磁控溅射技术制备Al N薄膜的理论和实验体系,加速磁控溅射制备高质量AlN薄膜的商业化进程。
二、AlN薄膜的制备与刻蚀工艺研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、AlN薄膜的制备与刻蚀工艺研究（论文提纲范文）
（1）等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 实验 |
| 1.1 样品制备 |
| 1.2 样品表征 |
| 2 结果与讨论 |
| 3 结论 |
（2）基于AlN的MEMS压电水听器的设计与制备技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 MEMS水听器国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2.压电MEMS水听器的数学模型以及特性分析 |
| 2.1 压电薄膜材料的选择 |
| 2.2 压电MEMS水听器的结构以及工作原理 |
| 2.3 压电MEMS水听器的数学模型 |
| 2.3.1 水听器的谐振频率 |
| 2.3.2 水听器的振动方程和静态位移 |
| 2.3.3 水听器的灵敏度 |
| 2.4 本章小结 |
| 3.压电MEMS水听器的有限元分析 |
| 3.1 仿真模型的建立 |
| 3.2 水听器的性能仿真分析 |
| 3.2.1 水听器的模态分析 |
| 3.2.2 水听器的谐振频率分析 |
| 3.2.3 水听器的静态分析 |
| 3.2.4 水听器的结构优化 |
| 3.2.5 水听器的灵敏度和线性度分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4.压电MEMS水听器的工艺制备以及关键工艺研究 |
| 4.1 水听器的制备工艺流程设计 |
| 4.2 水听器的版图设计 |
| 4.3 水听器的制备流程 |
| 4.4 水听器的划片与引线 |
| 4.5 本章小结 |
| 5.压电MEMS水听器的性能测试 |
| 5.1 水听器的形貌测试 |
| 5.2 上电极电阻测试 |
| 5.3 谐振频率与模态测试 |
| 5.4 阻抗曲线测试 |
| 5.5 水听器灵敏度测试 |
| 5.6 本章小结 |
| 6.总结与展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）氮化铝薄膜声表面波（SAW）高温应变传感器的制备与表征（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 声表面波传感器研究的背景及意义 |
| 1.2 声表面波器件工作原理及组成 |
| 1.2.1 叉指电极 |
| 1.2.2 反射栅 |
| 1.3 无线无源高温应变传感器的分类 |
| 1.4 压电材料 |
| 1.5 国内外研究现状与发展趋势 |
| 1.6 本文主要研究框架与内容 |
| 2 AlN声表面波高温应变传感器的设计 |
| 2.1 传感器的总体设计 |
| 2.2 衬底的选择 |
| 2.3 氮化铝压电层的设计 |
| 2.4 叉指电极的设计 |
| 2.4.1 电极指条宽度与指条间隔尺寸的确定 |
| 2.4.2 IDT的叉指对数及声孔径W的设计 |
| 2.5 反射栅的设计 |
| 2.5.1 反射栅栅条数的确定 |
| 2.5.2 叉指电极与反射栅间距离的确定 |
| 2.6 引出电极的设计 |
| 2.7 高温下金属电极材料的选择 |
| 2.7.1 高温电极材料的研究 |
| 2.7.2 过渡层材料的研究 |
| 2.8 本章小结 |
| 3 AlN薄膜制备与表征 |
| 3.1 AlN薄膜的制备方法 |
| 3.2 反应射频磁控溅射系统的原理 |
| 3.3 AlN薄膜的制备过程 |
| 3.3.1 实验设备 |
| 3.3.2 实验条件 |
| 3.4 不同溅射气压下制备的AlN薄膜结构分析 |
| 3.5 不同衬底温度下制备的AlN薄膜结构分析 |
| 3.6 AlN薄膜形貌分析 |
| 3.7 AlN薄膜成分分析 |
| 3.8 AlN薄膜压电系数d_(33)表征 |
| 3.9 本章小结 |
| 4 叉指电极的制备和表征 |
| 4.1 SAW高温应变传感器的制作流程 |
| 4.2 光刻掩模版的设计 |
| 4.3 光刻技术 |
| 4.3.1 基片处理 |
| 4.3.2 涂胶及前烘 |
| 4.3.3 曝光 |
| 4.3.4 显影与检查 |
| 4.4 Ta过渡层的沉积 |
| 4.5 Pt电极薄膜的沉积 |
| 4.6 器件的剥离 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 传感器的初步表征结果 |
| 5.1 SAW传感器结构表征 |
| 5.2 S网络参数 |
| 5.3 S网络参数的表征 |
| 5.4 测试结果及讨论 |
| 5.4.1 特征频率 |
| 5.4.2 频率温度系数 |
| 5.4.3 同批次器件不同特征频率与回波损耗的分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（4）GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第一章 绪论 |
| §1-1 氮化镓(GaN)基电子器件研究背景与意义 |
| 1-1-1 GaN材料特点 |
| 1-1-2 GaN基电子器件应用和市场潜力 |
| §1-2 GaN基异质结场效应晶体管(HFETs)发展历史及研究进展 |
| 1-2-1 GaN基异质结材料发展历史及研究进展 |
| 1-2-2 耗尽型GaN-Based HFETs发展历史及研究进展 |
| 1-2-3 增强型GaN-Based HFETs发展历史及研究进展 |
| §1-3 极化库仑场散射理论的发展历史及研究进展 |
| §1-4 本论文的研究内容和安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 器件制备与测试 |
| §2-1 GaN基异质结材料的外延生长技术 |
| 2-1-1 衬底选择 |
| 2-1-2 外延生长 |
| §2-2 GaN基异质结材料的表征 |
| 2-2-1 2DEG密度、迁移率、方块电阻测试 |
| 2-2-2 高分辨率X射线衍射(HRXRD)测试 |
| 2-2-3 原子力显微镜(AFM)测试 |
| 2-2-4 微区拉曼(Micro-Raman)测试 |
| §2-3 GaN-Based HFETs制备工艺 |
| 2-3-1 器件版图设计与光刻技术 |
| 2-3-2 耗尽型GaN-Based HFETs制备工艺 |
| 2-3-3 增强型GaN-Based HFETs制备工艺 |
| §2-4 GaN-Based HFETs性能测试 |
| 2-4-1 聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)测试 |
| 2-4-2 电容-电压(C-V)测试 |
| 2-4-3 直流(D-C)测试 |
| 参考文献 |
| 第三章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射的电子体系研究 |
| §3-1 AlGaN/GaN异质结材料中的极化效应 |
| §3-2 AlGaN/GaN HFETs中的极化库仑场散射 |
| 3-2-1 极化库仑场散射的理论模型 |
| 3-2-2 两种方法的计算结果与分析 |
| §3-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §4-1 实验和理论方法 |
| §4-2 AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系分析 |
| §4-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §5-1 实验和理论方法 |
| §5-2 AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系分析 |
| §5-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 AlN/GaN异质结场效应晶体管中AlN势垒层与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §6-1实验和理论方法 |
| §6-2 AlN势垒层与极化库仑场散射的关联关系分析 |
| §6-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN异质结场效应晶体管寄生源电阻的影响研究 |
| §7-1 实验方法 |
| §7-2 极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs寄生源电阻的影响分析 |
| §7-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| Paper 1 |
| Paper 2 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）耐等离子体刻蚀钇基复合陶瓷的制备及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 半导体制造工艺过程 |
| 1.3 等离子体的形成以及在半导体制造中的作用 |
| 1.4 等离子刻蚀腔体内表面部件材料特点 |
| 1.4.1 石英玻璃材料 |
| 1.4.2 碳化硅材料 |
| 1.4.3 氮化铝材料 |
| 1.4.4 氧化铝材料 |
| 1.4.5 氧化钇材料 |
| 1.5 耐等离子刻蚀陶瓷材料的刻蚀机理 |
| 1.6 课题研究目标和主要研究内容 |
| 1.6.1 课题来源 |
| 1.6.2 选题意义 |
| 1.6.3 研究内容 |
| 第二章 实验步骤与性能表征方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验条件 |
| 2.2.1 实验原料 |
| 2.2.2 制备与表征设备 |
| 2.2.3 热压与等离子刻蚀工艺参数 |
| 2.3 性能表征 |
| 2.3.1 密度测试 |
| 2.3.2 力学性能测试 |
| 2.3.3 显微结构测试 |
| 2.3.4 物相与元素分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 耐等离子体刻蚀钇基复合陶瓷的制备与表征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 ZrO_2/Al_2O_3对钇基复合陶瓷密度的影响 |
| 3.3 ZrO_2/Al_2O_3对钇基复合陶瓷力学性能的影响 |
| 3.4 钇基复合陶瓷的相组成及微观结构 |
| 3.4.1 XRD物相分析 |
| 3.4.2 SEM显微结构 |
| 3.5 耐等离子体刻蚀陶瓷预处理 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 钇基复合陶瓷在Ar等离子体轰击下的刻蚀行为 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 溅射理论的发展及问题 |
| 4.3 钇基复合陶瓷的物理溅射机理讨论 |
| 4.4 钇锆复合陶瓷的刻蚀行为 |
| 4.4.1 刻蚀后的表面粗糙度和表面形貌对比 |
| 4.4.2 钇锆复合陶瓷的刻蚀率变化 |
| 4.4.3 刻蚀后表面的元素变化 |
| 4.4.4 钇锆复合陶瓷的刻蚀机理 |
| 4.5 钇铝复合陶瓷的刻蚀行为 |
| 4.5.1 刻蚀后的表面粗糙度和表面形貌对比 |
| 4.5.2 钇铝复合陶瓷的刻蚀率变化 |
| 4.5.3 刻蚀后表面的元素变化 |
| 4.5.4 钇铝复合陶瓷的刻蚀机理 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 钇基复合陶瓷在氟碳等离子体轰击下的刻蚀行为 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 钇锆复合陶瓷的刻蚀行为 |
| 5.2.1 刻蚀后的粗糙度和表面形貌对比 |
| 5.2.2 钇锆复合陶瓷的刻蚀率变化 |
| 5.2.3 刻蚀后表面的物相、元素变化 |
| 5.2.4 钇锆复合陶瓷的刻蚀机理 |
| 5.3 钇铝复合陶瓷的刻蚀行为 |
| 5.3.1 刻蚀后的表面粗糙度和表面形貌对比 |
| 5.3.2 钇铝复合陶瓷的刻蚀率变化 |
| 5.3.3 刻蚀后的表面物相、元素变化 |
| 5.3.4 钇铝复合陶瓷的刻蚀机理 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得与学位论文相关的成果 |
| 致谢 |
（6）氮化铝微环谐振腔临界耦合条件及制备工艺研究（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 微环谐振腔临界耦合理论 |
| 1.1 微环谐振腔透射图谱研究 |
| 1.2 微环谐振腔耦合强度研究 |
| 2 Al N微环谐振腔制备研究 |
| 2.1 Al N绝缘材料电子束光刻研究 |
| 2.2 Al N微环谐振腔刻蚀研究 |
| 3 结论 |
（7）基于电化学反应的GaN基纳米材料与器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 Ⅲ族氮化物半导体材料的基本性质 |
| 1.2.1 晶体结构 |
| 1.2.2 化学性质 |
| 1.2.3 物理性质 |
| 1.2.4 能带结构 |
| 1.2.5 极化效应 |
| 1.3 Ⅲ族低维氮化物材料 |
| 1.3.1 量子点 |
| 1.3.2 纳米柱 |
| 1.4 基于Ⅲ族氮化物的光电化学研究现状 |
| 1.4.1 基于Ⅲ族氮化物的光电化学电池研究 |
| 1.4.2 基于Ⅲ族氮化物的柔性透明电子器件研究 |
| 1.5 本论文的研究内容以及架构安排 |
| 第2章 分子束外延设备及材料器件表征技术 |
| 2.1 分子束外延技术(MBE) |
| 2.1.1 GEN20AMBE外延设备 |
| 2.1.2 MBE生长的基本过程 |
| 2.1.3 MBE生长中的源束流 |
| 2.1.4 MBE原位检测系统RHEED |
| 2.2 材料性能表征 |
| 2.2.1 高分辨X射线衍射(HRXRD) |
| 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.3 原子力显微镜(AFM) |
| 2.2.4 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.2.5 X射线光电子能谱(XPS) |
| 2.2.6 光致发光系统(PL) |
| 2.3 电化学反应装置 |
| 2.3.1 H型电解池 |
| 2.3.2 气相色谱仪 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 InGaN薄膜光电化学电池研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验方案 |
| 3.2.1 InGaN薄膜光电极制备 |
| 3.2.2 实验原料及设备 |
| 3.2.3 光电化学反应装置 |
| 3.3 InGaN薄膜材料表征 |
| 3.4 InGaN薄膜光电化学反应 |
| 3.4.1 InGaN薄膜光催化还原CO_2 |
| 3.4.2 InGaN/C_3N_4异质结光催化还原CO_2 |
| 3.5 p-GaAs//n-GaN键合异质结电学性能分析 |
| 3.5.1 p-GaAs//n-GaN键合异质结结构表征 |
| 3.5.2 键合样品的电学性能分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 低维InGaN材料光电化学电池研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验方案 |
| 4.2.1 低维InGaN材料光电极制备 |
| 4.2.2 光电化学反应装置 |
| 4.3 InGaN量子点材料性能表征 |
| 4.4 InGaN量子点光电化学反应 |
| 4.4.1 InGaN量子点/C_3N_4异质结光催化还原CO_2 |
| 4.4.2 InGaN QDs光催化还原CO_2 |
| 4.5 InGaN纳米柱的光电化学反应 |
| 4.5.1 InGaN纳米柱的材料表征 |
| 4.5.2 InGaN纳米柱光催化还原CO_2 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于电化学反应InGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验方案 |
| 5.2.1 InGaN纳米柱光电极制备 |
| 5.2.2 实验原料及设备 |
| 5.2.3 电化学反应装置 |
| 5.3 InGaN纳米柱结构柔性薄膜制备 |
| 5.3.1 AlN层对InGaN柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.2 刻蚀溶液对InGaN纳米柱柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.3 InGaN纳米柱密度对柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.4 InGaN纳米柱柔性薄膜制备刻蚀机理分析 |
| 5.4 InGaN纳米柱柔性薄膜表征 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 基于电化学反应AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 实验方案 |
| 6.2.1 AlGaN纳米柱MBE外延 |
| 6.2.2 实验原料及设备 |
| 6.2.3 电化学反应装置 |
| 6.2.4 AlGaN纳米柱薄膜探测器制备 |
| 6.3 AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.3.1 AlGaN纳米柱表征 |
| 6.3.2 AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.3.3 AlGaN纳米柱柔性薄膜刻蚀机理 |
| 6.3.4 AlGaN纳米柱柔性薄膜表征 |
| 6.4 AlGaN纳米柱薄膜探测器 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（8）基于自终止热刻蚀方法的凹槽栅GaN高电子迁移率晶体管研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 GaN的材料优势及其应用 |
| 1.2 AlGaN/GaN异质结的极化特性及外延衬底选择 |
| 1.2.1 AlGaN/GaN异质结极化特性分析 |
| 1.2.2 衬底的选择以及Si衬底GaN的优势 |
| 1.3 Si衬底增强型GaN HEMT器件的国内外研究现状 |
| 1.3.1 增强型GaN HEMT器件的技术路线及研究现状 |
| 1.3.2 增强型GaN HEMT器件面临关键技术问题 |
| 1.4 论文设计与工作安排 |
| 第2章 GaN HEMT的外延、工艺及测试表征 |
| 2.1 GaN HEMT的材料外延及其表征 |
| 2.1.1 GaN HEMT外延设备简介 |
| 2.1.2 外延材料表征 |
| 2.2 器件制备工艺及加工设备 |
| 2.3 器件性能表征测试 |
| 2.4 Silvaco TCAD仿真软件对GaN HEMT器件的仿真应用 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于自终止热刻蚀方法的栅极凹槽结构制备 |
| 3.1 传统的凹槽结构制备方法及其存在的问题 |
| 3.2 自终止热刻蚀凹槽制备方法的开发与优化 |
| 3.2.1 自终止热刻蚀方法的提出 |
| 3.2.2 用于自终止热刻蚀方法的外延结构设计及极化特性分析 |
| 3.2.3 MOCVD自终止热刻蚀的影响因素 |
| 3.3 自终止热刻蚀制备凹槽的表征与分析 |
| 3.3.1 凹槽的均匀性及2DEG特性 |
| 3.3.2 表面元素分析 |
| 3.3.3 界面态密度的表征分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 低电阻率欧姆接触的制备与研究 |
| 4.1 欧姆接触的表征测试方法 |
| 4.2 Ti/Al基欧姆接触的研究与优化 |
| 4.2.1 传统Ti/Al基高温欧姆接触的原理及存在的问题 |
| 4.2.2 TiN对退火后接触表面形貌的影响 |
| 4.2.3 Ti/Al厚度、势垒厚度及退火温度对接触电阻率的影响 |
| 4.3 Si注入欧姆接触的制备与研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 基于自终止热刻蚀方法的MIS HEMT器件 |
| 5.1 耗尽型MIS HEMT器件的制备 |
| 5.2 复合势垒层结构MIS增强型器件制备 |
| 5.2.1 增强型器件的外延设计 |
| 5.2.2 增强型器件的制备与性能 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 二次外延p-GaN栅HEMT的制备与研究 |
| 6.1 二次外延p-GaN栅增强型HEMT的优势 |
| 6.2 二次外延p-GaN栅增强型HEMT的器件制备与性能 |
| 6.2.1 器件制备工艺的兼容性 |
| 6.2.2 器件的制备工艺与电学性能 |
| 6.3 基于二次外延技术的p-GaN栅混合阳极横向二极管研究 |
| 6.3.1 p-GaN栅混合阳极横向二极管工艺制备 |
| 6.3.2 器件性能 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（9）氮化铝基薄膜电路基板制作及性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 氮化铝陶瓷基板简介 |
| 1.1.1 氮化铝基板特性 |
| 1.1.2 氮化铝基板的应用现状 |
| 1.1.3 本课题的研究价值与意义 |
| 1.1.4 氮化铝基板电路制作的研究动态 |
| 1.2 本课题的主要工作及产品技术指标 |
| 1.2.1 本课题的主要工作 |
| 1.2.2 产品主要技术指标 |
| 1.3 本章小结 |
| 第二章 ALN基板电路设计与工艺设计 |
| 2.1 AlN基板电路设计 |
| 2.1.1 S波段电桥电路设计方案 |
| 2.1.2 功率电阻设计方案 |
| 2.1.3 金属化孔基板设计方案 |
| 2.2 AlN基板电路制作工艺设计 |
| 2.2.1 材料选型 |
| 2.2.2 氮化铝陶瓷基板表面金属化方法研究 |
| 2.2.3 薄膜金属化制作方法研究 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 ALN基板电路制作关键工艺研究 |
| 3.1 AlN基板激光加工的研究 |
| 3.1.1 激光加工的原理 |
| 3.1.2 打孔夹具方案设计 |
| 3.1.3 占空比对加工质量的影响 |
| 3.1.4 扫描速度对加工质量的影响 |
| 3.2 AlN基板清洗工艺的研究 |
| 3.2.1 清洗工艺实验材料及检测仪器 |
| 3.2.2 高温处理对AlN基板表面元素成分的影响 |
| 3.2.3 不同清洗工艺的对比试验及检测 |
| 3.3 AlN基板溅射工艺的研究 |
| 3.3.1 AlN基板金属化膜系的选择 |
| 3.3.2 不同工艺条件对TaN薄膜的影响 |
| 3.3.3 不同工艺条件对TiW-Au膜层附着力的影响 |
| 3.4 TiW抗蚀刻层湿法工艺的研究 |
| 3.4.1 实验方案 |
| 3.4.2 实验内容 |
| 3.4.3 结果分析 |
| 3.5 AlN基板划片工艺研究 |
| 3.5.1 划片过程分析 |
| 3.5.2 划片实验方案 |
| 3.5.3 划片实验结果及讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 ALN基板电路性能测试与研究 |
| 4.1 AlN基板电路工艺技术指标测试 |
| 4.1.1 AlN基板电路检验 |
| 4.1.2 AlN基板附着力检验 |
| 4.1.3 AlN基板线宽精度测试 |
| 4.1.4 AlN基板金属化孔测试 |
| 4.1.5 AlN基板电阻精度测试 |
| 4.2 AlN基板电路设计性能指标测试 |
| 4.2.1 AlN基板电桥电路性能测试 |
| 4.2.2 AlN基板功率电阻性能测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
（10）Ⅲ族氮化物基深紫外发光二极管P型电极及AlN衬底研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 Ⅲ族氮化物基深紫外LED |
| 1.2.1 Ⅲ族氮化物的基本特性 |
| 1.2.2 深紫外LED研究现状 |
| 1.2.3 深紫外LED外量子效率提高方法 |
| 1.2.4 高反电极提升光子提取效率 |
| 1.2.5 MoO_x的材料性质 |
| 1.3 氮化铝(AlN)薄膜及应用 |
| 1.4 本论文研究内容 |
| 第二章 DUV-LED、磁控溅射AlN薄膜的制备及实验条件 |
| 2.1 DUV-LED的结构设计 |
| 2.2 DUV-LED芯片的制备 |
| 2.2.1 外延生长 |
| 2.2.2 台面刻蚀和电极制备 |
| 2.3 DUV-LED的表征 |
| 2.3.1 材料表征技术 |
| 2.3.2 DUV-LED性能表征 |
| 2.4 AlN薄膜生长与表征 |
| 2.4.1 AlN薄膜的生长 |
| 2.4.2 AlN薄膜的表征 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 MoO_x/Al DUV高反p型电极的制备及表征 |
| 3.1 样品制备 |
| 3.1.1 DUV-LED的制备 |
| 3.1.2 电学性能测试样品的制备 |
| 3.1.3 反射率测试样品的制备 |
| 3.2 测试结果与讨论 |
| 3.2.1 不同MoO_x厚度的MoO_x/Al电极的性能表征 |
| 3.2.2 快速热退火对电极材料性能的影响 |
| 3.2.3 不同MoO_x厚度的表面形貌表征 |
| 3.2.4 MoO_x/Al和p-GaN界面处化学组成分析 |
| 3.3 MoO_x/Al和p-GaN欧姆接触机理 |
| 3.4 MoO_x/Alp电极DUV-LED的电致发光测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 磁控溅射AlN薄膜及其表征 |
| 4.1 AlN薄膜制备工艺的优化 |
| 4.2 高温热退火前后不同极性蓝宝石衬底上磁控溅射AlN薄膜的表征 |
| 4.2.1 晶体取向的判定和晶体质量的测试 |
| 4.2.2 表面形貌的测试与分析 |
| 4.2.3 光学透射谱的探究 |
| 4.2.4 拉曼、红外光谱及其分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文 |
| 作者在攻读硕士学位期间所作的项目 |
| 致谢 |
四、AlN薄膜的制备与刻蚀工艺研究（论文参考文献）
- [1]等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜[J]. 乌李瑛,瞿敏妮,沈赟靓,田苗,马玲,王英,程秀兰. 半导体技术, 2021(09)
- [2]基于AlN的MEMS压电水听器的设计与制备技术研究[D]. 王强. 中北大学, 2021(09)
- [3]氮化铝薄膜声表面波（SAW）高温应变传感器的制备与表征[D]. 赵祉澎. 大连理工大学, 2021(01)
- [4]GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究[D]. 姜光远. 山东大学, 2021(11)
- [5]耐等离子体刻蚀钇基复合陶瓷的制备及其性能研究[D]. 谭毅成. 广东工业大学, 2021(08)
- [6]氮化铝微环谐振腔临界耦合条件及制备工艺研究[J]. 韩毅帅,孙天玉,贾慧民,唐吉龙,房丹,王登魁,王晓华,张宝顺,魏志鹏. 光子学报, 2021(05)
- [7]基于电化学反应的GaN基纳米材料与器件研究[D]. 邢志伟. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [8]基于自终止热刻蚀方法的凹槽栅GaN高电子迁移率晶体管研究[D]. 苏帅. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [9]氮化铝基薄膜电路基板制作及性能研究[D]. 聂源. 电子科技大学, 2020(03)
- [10]Ⅲ族氮化物基深紫外发光二极管P型电极及AlN衬底研究[D]. 李亮. 上海大学, 2020(02)