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基于二维材料复合柔性衬底上AlN的生长研究

批准号:
61874118
项目类别:
面上项目
资助金额:
66.0 万元
负责人:
孙晓娟
学科分类:
半导体材料
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
贾玉萍、贾成、蒋科、付英昊、程东碧

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项目成果

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中文摘要
AlN是发展深紫外光电器件的重要材料,制约其发展和应用的核心问题是异质外延中大失配引起的应力和缺陷问题。本项目拟采取二维材料与常规的蓝宝石或SiC相结合,构建二维材料复合柔性衬底,解决氮化物半导体异质外延过程中因失配而引起的缺陷问题,从而提高材料质量。本项目将从理论和实验两方面开展,在理论上,利用第一性原理计算AlN在二维材料复合柔性衬底上的生长成键机制,获得AlN在柔性衬底上凝聚成核所需能量及迁移势垒,估测其成核能垒。在实验上,利用高温热分解法、化学气相沉积法等构建二维材料复合柔性衬底,阐明二维材料复合柔性衬底的表面和界面控制因素;利用MOCVD生长AlN,获得二维材料复合柔性衬底AlN成核点精准控制方法,揭示AlN在二维材料柔性衬底表面的侧向外延、合并、晶向转变控制因素,建立在二维材料复合柔性衬底上AlN生长模型。
英文摘要
AlN is one of key materials for deep ultraviolet optoelectronic devices. Due to the large mismatch between the substrate and AlN epitaxy, the stress and high density defects usually exist in AlN layer, which has become the key problem for the developing and application of AlN based materials. In the project, two dimensional (2D) materials based hybrid compliant substrates is adopted to solve the stress and defect problems in AlN hetero-epitaxy and thus to improve the AlN quality. This kind of hybrid compliant substrate is composed by 2D materials (Graphene, h-BN, et.al) and general substrates (Sapphire, SiC, et.al). This project will be carried out both in theory and experiment. Theoretically, the first principle will be used to calculate the bonding mechanism of AlN on 2D materials based hybrid compliant substrates, and then to obtain the nucleation energy and migration barrier of AlN on 2D materials based hybrid compliant substrates. Experimentally, methods such as high temperature thermal decomposition and chemical vapor deposition will be implemented to realize the 2D materials based hybrid compliant substrates. The governing factors of surface and interface in 2D compliant substrate should be elucidated. The AlN will be grown by MOCVD. The mechanism of realizing the controllable growth of the AlN nucleation sites on the 2D materials based hybrid compliant substrates and the control factors of AlN epitaxy lateral overgrowth, coalescence and crystal orientation transform will be obtained as well as the model of AlN growth on 2D materials based hybrid compliant substrates will be established.
AlN基材料具有直接宽带隙且能通过调节Al组分实现带隙在3.4ev-6.2ev连续可调,是研制紫外及深紫外发光与探测器件的理想材料,在杀菌消毒、在导弹告警等领域具有广阔应用前景,制约其发展和应用的核心问题是异质外延中大失配引起的应力和缺陷问题。本项目提出开展基于二维材料复合柔性衬底上AlN的生长研究,有望从根本上解决该问题。项目全面完成了项目目标,掌握了构建基于二维材料复合柔性衬底的方法,阐明了AlN在石墨烯等复合柔性衬底上生长的原子机制,实现AlN在复合柔性衬底上的成核、应力及缺陷控制,实现了高质量AlN材料生长。相关研究成果在AEM等期刊发表论文共11篇,申请发明专利8件,组织召开“第六届全国微电子青年科技论坛”,在国内会议作邀请报告8次,荣获吉林省自然科学一等奖(排名第3)、吉林省“杰青”、中科院青促会优秀会员等人才奖项和荣誉,担任第十六届、十七届全国MOCVD学术会组织委员会委员、军委科技委主题专家、《半导体学报》等期刊青年编委。培养青年研究骨干4人,研究生12人。.主要研究成果如下:.a)在二维材料复合柔性衬底的理论计算方面,利用第一性原理分别计算了AlN在多种二维材料上的成核生长过程,通过对比Al/Ga原子与不同二维材料间的结合能和原子扩散势垒,证明石墨烯、MoS2等材料适合于AlN的范德华外延生长。.b)在二维材料复合衬底构建方面,构建了石墨烯/蓝宝石、石墨烯/金属、MoS2/蓝宝石等多种复合柔性衬底材料。.c)在AlN范德华外延方面,阐明了AlN在石墨烯、MoS2等复合柔性衬底上生长的机制。在此基础上,利用石墨烯的原位N掺杂、生长参数调控、二维材料界面特性等实现对AlN成核、应力、缺陷的调控,实现了厚度1.2μm,表面粗糙度0.334nm,X射线衍射摇摆曲线(002)与(102)半高宽分别为148.3arcsec和286.1arcsec的AlN材料。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: --
发表时间: 2021
期刊: Advanced Materials
影响因子:
作者: [Jianwei Ben, Xinke Liu, Cong Wang, Yupeng Zhang, Zhiming Shi, Yuping Jia, Shanli Zhang, Han Zhang, Wenjie Yu, Dabing Li, Xiaojuan Sun]
通讯作者: Xiaojuan Sun
Modified band alignment at multilayer MoS2/Al2O3 heterojunctions by nitridation treatment
通过氮化处理改变多层 MoS2/Al2O3 异质结的能带排列
DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.04.227
发表时间: 2019-07
期刊: Journal of Alloys and Compounds
影响因子: 6.2
作者: [Xinke Liu, Kuilong Li, Xiaojuan Sun, Zhiming Shi, Zhonghui Huang, Zhiwen Li, Long Min, Venkatadivakar Botcha, Xingyuan Chen, Xiangfu Xu, Dabing Li]
通讯作者: Dabing Li
Improved nucleation of AlN on in situ nitrogen doped graphene for GaN quasi-van der Waals epitaxy
改进 AlN 在原位氮掺杂石墨烯上的成核,用于 GaN 准范德华外延
DOI: 10.1063/5.0016054
发表时间: 2020-08-03
期刊: APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子: 4
作者: [Chen, Yang, Zang, Hang, Li, Dabing]
通讯作者: Li, Dabing
AlGaN UV Detector with Largely Enhanced Heat Dissipation on Mo Substrate Enabled by Van der Waals Epitaxy
通过范德华外延技术大幅增强 Mo 基板散热能力的 AlGaN 紫外探测器
DOI: 10.1021/acs.cgd.2c01273
发表时间: --
期刊: Crystal Growth & Design
影响因子: 3.8
作者: [Yang Chen, Hang Zang, Jianwei Ben, Shanli Zhang, Ke Jiang, Zhiming Shi, Yuping Jia, Mingrui Liu, Xiaojuan Sun, Dabing Li]
通讯作者: Dabing Li
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