簡(jiǎn)單介紹氮化鎵.doc

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1、.打分表：選題范圍20%內(nèi)容創(chuàng)新及價(jià)值40%文字撰寫水平20%格式規(guī)范情況20%總分說(shuō)明：紅色部分為需撰寫內(nèi)容?！窕瘜W(xué)科學(xué)概論研究型學(xué)習(xí)課程論文●來(lái)自未來(lái)的半導(dǎo)體--氮化鎵徐鵬威（機(jī)械1401班）摘要：本文對(duì)氮化鎵的特性及應(yīng)用的相關(guān)信息進(jìn)行查詢。將找到的信息進(jìn)行分類總結(jié)，并提出自己對(duì)它的發(fā)展的一種展望關(guān)鍵詞：氮化鎵；半導(dǎo)體；特性；應(yīng)用；發(fā)展前景一、引言在《環(huán)球科學(xué)》2015年1月刊中有一篇文章“設(shè)計(jì)柔性顯示屏”中說(shuō)到一種可以替代易碎屏幕的柔性LED。科學(xué)家首先在超薄石墨烯襯底上生長(zhǎng)了一層氮化鎵（galliu

2、mnitride）緩沖層，隨資訊沃爾沃推出可折疊太陽(yáng)能充電傘后再在緩沖層上生長(zhǎng)出垂直排列的氮化鎵微米棒。氮化鎵是一種發(fā)光晶體材料，而石墨烯則由一層碳原子構(gòu)成，具有很好的柔韌性、導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度。接下來(lái)，他們把這些石墨烯－LED層從原來(lái)的銅基底上剝離下來(lái)，轉(zhuǎn)移到柔韌的聚合物上Word資料.——這就得到了可彎曲顯示屏的雛形。這些東西勾起了我對(duì)氮化鎵的興趣，進(jìn)一步的研究，發(fā)現(xiàn)它的能力還不止于此，在未來(lái)它必將綻放耀眼的光芒。二、氮化鎵的出身2.1氮化鎵的簡(jiǎn)介這是一種具有較大禁帶寬度的半導(dǎo)體，屬于所謂寬禁帶半導(dǎo)體之列

3、。它是微波功率晶體管的優(yōu)良材料，也是藍(lán)色光發(fā)光器件中的一種具有重要應(yīng)用價(jià)值的半導(dǎo)體。2.2氮化鎵的制備MOCVD（金屬有機(jī)物氣相沉積法）是在氣相外延生長(zhǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型氣相外延生長(zhǎng)技術(shù)。在采用MOCVD法制備GaN單晶的傳統(tǒng)工藝中，通常以三甲基鎵作為鎵源，氨氣作為氮源，以藍(lán)寶石(Al2O3)作為襯底，并用氫氣和氮?dú)膺@種兩種氣體的混合氣體作為載氣，將反應(yīng)物載入反應(yīng)腔內(nèi)，加熱到一定溫度下使其發(fā)生反應(yīng)，能夠在襯底上生成GaN的分子團(tuán)，在襯底表面上吸附、成核、生長(zhǎng)，最終形成一層GaN單晶薄膜。采用MOCV

4、D法制備的產(chǎn)量大，生長(zhǎng)周期短，適合用于大批量生產(chǎn)。但生長(zhǎng)完畢后需要進(jìn)行退火處理，最后得到的薄膜可能會(huì)存在裂紋，會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。Word資料.電化學(xué)法:欲將GaN薄膜轉(zhuǎn)化成納米形態(tài)，可以使用電化學(xué)法。該方法先將制備好的GaN薄膜采用電子束蒸發(fā)法在其表面沉積1～2μm的鋁膜，呈現(xiàn)出灰色光滑的鏡面。再對(duì)鋁膜進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，可以制備出多孔狀的AAO掩模。然后將掩模的GaN材料置于等離子體刻蝕機(jī)中在氯氣與惰性氣體混合的氣氛下進(jìn)行5～10min的ICP刻蝕，ICP功率和RF功率分別為400W和150W，腔壓約0.5

5、Pa，刻蝕完成后可以得到納米尺度的多孔GaN。此方法的技術(shù)要求較高，合成出的納米GaN質(zhì)量也較好。三、氮化鎵的特性3.1基礎(chǔ)特性化學(xué)方面：在室溫下，GaN不溶于水、酸和堿，而在熱的堿溶液中以非常緩慢的速度溶解。NaOH、H2SO4和H3PO4能較快地腐蝕質(zhì)量差的GaN，可用于這些質(zhì)量不高的GaN晶體的缺陷檢測(cè)。Word資料.電學(xué)方面：未有意摻雜的GaN在各種情況下都呈n型,最好的樣品的電子濃度約為4×1016/cm3。一般情況下所制備的P型樣品，都是高補(bǔ)償?shù)?。GaN最高遷移率數(shù)據(jù)在室溫和液氮溫度下分別為μn

6、=600cm2/v·s和μn=1500cm2/v·s，相應(yīng)的載流子濃度為n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。近年報(bào)道的MOCVD沉積GaN層的電子濃度數(shù)值為4×1016/cm3、<1016/cm3；等離子激活MBE的結(jié)果為8×103/cm3、<1017/cm3。未摻雜載流子濃度可控制在1014～1020/cm3范圍。另外，通過(guò)P型摻雜工藝和Mg的低能電子束輻照或熱退火處理，已能將摻雜濃度控制在1011～1020/cm3范圍。3.2關(guān)鍵特性禁帶寬度大（3.4eV），熱導(dǎo)率高（1.3W/cm-K

7、），在室溫下帶隙寬為3.39eV，具有優(yōu)良的光、電學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的機(jī)械性質(zhì)及熱穩(wěn)定性，理想的短波長(zhǎng)發(fā)光器件材料，GaN及其合金的帶隙覆蓋了從紅色到紫外的光譜范圍導(dǎo)帶底在Γ點(diǎn)，而且與導(dǎo)帶的其他能谷之間能量差大，則不易產(chǎn)生谷間散射，從而能得到很高的強(qiáng)場(chǎng)漂移速度（電子漂移速度不易飽和），因此具有低的熱產(chǎn)生率和高的擊穿電場(chǎng)。GaN易與AlN、InN等構(gòu)成混晶，能制成各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)得到了低溫下遷移率達(dá)到105cm2/Vs的2-DEG（因?yàn)?-DEG面密度較高，有效地屏蔽了光學(xué)聲子散射、電離雜質(zhì)散射和壓電散射等因素）

8、；Word資料.晶格對(duì)稱性比較低（為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)或四方亞穩(wěn)的閃鋅礦結(jié)構(gòu)），具有很強(qiáng)的壓電性（非中心對(duì)稱所致）和鐵電性（沿六方c軸自發(fā)極化）：在異質(zhì)結(jié)界面附近產(chǎn)生很強(qiáng)的壓電極化（極化電場(chǎng)達(dá)2MV/cm）和自發(fā)極化（極化電場(chǎng)達(dá)3MV/cm），感生出極高密度的界面電荷，強(qiáng)烈調(diào)制了異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了對(duì)2-DEG的二維空間限制，從而提高了2-DEG的面密度（在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中可達(dá)到1013/cm2，這比A