基于二维石墨烯缓冲层的Si(100)衬底单晶GaN材料生长研究

批准号:
61804004
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
冯玉霞
依托单位:
学科分类:
F0401.半导体材料
结题年份:
2020
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
张洁、刘丹烁、宋春燕、徐越、魏来
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中文摘要
GaN基半导体材料由于禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿电场强、抗辐照等特点广泛应用于光电子和微电子器件。Si衬底外延生长GaN为GaN基器件制备提供了一种低成本大尺寸的解决方法,同时Si(100)衬底外延GaN为推动GaN基器件和Si基器件集成提供了巨大优势。但是由于Si(100)表面重构产生两种悬挂键,导致氮化物生长时晶粒面内取向不一致,使得Si(100)衬底外延GaN很难发展。本项目提出在Si(100)衬底上生长非晶SiO2以有效屏蔽衬底表面的两种悬挂键信息,并将石墨烯转移至SiO2上以提供氮化物外延生长所需的六方模板,通过系统研究表面预处理对石墨烯表面反应活性及悬挂键的作用规律、石墨烯表面原子吸附机理、GaN生长动力学和氮化物的成核机理,在Si(100)衬底上生长GaN单晶薄膜,为GaN基器件与Si基器件的集成奠定良好基础。
英文摘要
Because of the large bandgap, high electron saturation drift speed, strong breakdown electric field and antiradiation properties, GaN-based materials are widely used in optoelectronics and microelectronic devices. Epitaxial growth of GaN on Si benefits from the low-cost and large-size of Si substrate and will also promote integration of GaN-based devices with Si-based devices. However, due to the surface reconstruction of Si(100), GaN on Si(100) resulted in island morphology with two twisted domains. In this project, amorphous SiO2 will be used to screen the effect from the two kinds of dangling bonds on Si(100) surface. Then, graphene will be transferred onto Si(100)/SiO2 substrate to serve as the required hexagonal template for epitaxy of GaN. Aiming to grow single crystal GaN film on Si(100) substrate, the key physical scientific questions will be investigated, i.e. the effect of surface pretreatment on the surface reactivity and dangling bonds on graphene, adsorption mechanism of atomson graphene ; growth kinetics of GaN and nucleation mechanism of nitride on Si(100)/SiO2/graphene. This work will pave the way for the integration of GaN-based devices and Si-based devices.
Si(100)衬底外延GaN,不仅具有Si衬底材料的大尺寸低成本优势,而且在GaN基器件与Si基器件的整合集成方面拥有巨大应用前景。但是由于Si(100)表面重构,导致Si(100)上GaN为双畴多晶结构。为解决上述问题,本项目采用SiO2/转移单晶石墨烯为插入层,以实现Si(100)上高质量GaN单晶薄膜为目标展开研究,取得的主要研究成果有:(1) 掌握了石墨烯表面功能化的可控修饰规律,从而实现了石墨烯上氮化物的高密度有效成核并揭示了其成核机理;(2) 在此基础上,通过优化GaN生长工艺,在Si(100)衬底上实现了高质量GaN单晶薄膜的生长;(3) 探索揭示了二维石墨烯作为外延模板生长单晶氮化物的外延机理。本项目研究成果为GaN基器件与Si基器件的整合集成奠定了基础,主要研究结论可应用于在其他二维材料上外延生长氮化物。
期刊论文列表
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High quality GaN-on-SiC with low thermal boundary resistance by employing an ultrathin AlGaN buffer layer
采用超薄 AlGaN 缓冲层,实现低热边界电阻的高质量 GaN-on-SiC
DOI:10.1063/5.0037796
发表时间:2021-02-01
期刊:APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子:4
作者:Feng, Yuxia;Sun, Huarui;Shen, Bo
通讯作者:Shen, Bo
Impact of Silicon Substrate with Low Resistivity on Vertical Leakage Current in AlGaN/GaN HEMTs
低电阻率硅衬底对 AlGaN/GaN HEMT 垂直漏电流的影响
DOI:10.3390/app9112373
发表时间:2019-06
期刊:Applied Sciences-Basel
影响因子:2.7
作者:Song Chunyan;Yang Xuelin;Ji Panfeng;Tang Jun;Wu Shan;Xu Yue;Imran Ali;Wang Maojun;Yang Zhijian;Xu Fujun;Wang Xinqiang;Ge Weikun;Shen Bo
通讯作者:Shen Bo
Epitaxy of Single-Crystalline GaN Film on CMOS-Compatible Si(100) Substrate Buffered by Graphene
石墨烯缓冲的 CMOS 兼容 Si(100) 衬底上的单晶 GaN 薄膜外延
DOI:10.1002/adfm.201905056
发表时间:2019-07-23
期刊:ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
影响因子:19
作者:Feng, Yuxia;Yang, Xuelin;Shen, Bo
通讯作者:Shen, Bo
基于二维石墨烯的GaN-HEMT外延结构生长和器件剥离研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2020
- 负责人:冯玉霞
- 依托单位:
国内基金
海外基金
