工程硕士材料工程硕士毕业论文10篇Word格式文档下载.docx
- 文档编号:13369086
- 上传时间:2022-10-10
- 格式:DOCX
- 页数:40
- 大小:60.92KB
工程硕士材料工程硕士毕业论文10篇Word格式文档下载.docx
《工程硕士材料工程硕士毕业论文10篇Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工程硕士材料工程硕士毕业论文10篇Word格式文档下载.docx(40页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
III族氮化物半导体包括AlN、GaN和InN,通常有六方和立方两种晶体结构,六方氮化物属于直接带隙半导体,它们的禁带宽度分别为6.2、3.4和0.75eV[1]。
与第一代半导体材料Si及第二代半导体材料GaAs、InP相比,GaN具有更大的禁带宽度、更高的电子饱和漂移速度、更高的击穿电压和较高的热导率等特点。
另外,GaN基合金AlGaN、InGaN、InAlGaN可与GaN构成非常有用的异质结,六方钎锌矿结构的GaN基材料具有自发极化和压电极化效应,利用这些效应可以获得很高的载流子浓度和迁移率。
这些特性决定了GaN基材料非常适合于制作高温、高频、大功率微电子器件。
目前,GaN基微电子材料和器件、特别是AlGaN/GaNHEMT材料和器件的研究和开发已成为世界各国竞相占领的高科技制高点,是半导体科学、材料科学、高温电子学、超过兆瓦的固态功率电子学、高功率密度射频电子学的前沿研究领域。
&
hellip;
&
1.2高压开关AlGaN/GaNHEMT的研究意义
1.2.1GaN材料的基本性质
氮化镓(GaN)基化合物半导体材料或称III族氮化物材料,是指元素周期表中III族元素铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)与V族元素氮(N)形成的化合物,以氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)以及多元混晶材料(AlxGa1-xN、InxGa1-xN、AlxInyGa1-x-yN等)为代表。
GaN材料具有宽的直接带隙,高热稳定性,抗辐射,抗腐蚀等诸多优异的物理特性。
1928年Johnson等人首先研制出了世界上第一个GaN薄膜材料[2]。
Juza和Hahn首次报道了热力学稳定的GaN结构是六方对称的纤锌矿结构[3][4],该结构由两套六方密集堆积结构沿c轴方向平移5c/8套构而成(图1-1(a)),其晶格常数为a=0.318nm和c=0.516nm。
纤锌矿结构GaN(&
alpha;
-GaN)是热力学上稳定的结构,但是在某种条件下,在立方结构的材料上比如(001)Si,MgO和(001)GaAs等衬底上也可生长出亚稳态立方对称的闪锌矿GaN(&
beta;
-GaN),该结构由两套面心立方结构沿对角线方向平移1/4对角线长度套构而成(图1-1(b))。
但在这些衬底上生长的闪锌矿结构GaN的缺陷密度都很高,大多数缺陷属于{111}微孪晶和堆积层错,其原因在于严重的晶格失配和热失配,晶体质量以及热稳定性都低于纤锌矿结构GaN。
目前在微电子和光电子领域广泛研究和应用的是六方纤锌矿结构GaN材料。
GaN单晶薄膜的晶体结构主要受衬底材料和衬底表面对称性的影响,当GaN生长在(0001)面蓝宝石、(0001)面SiC和(111)面Si等衬底上时,通常具有六方纤锌矿结构。
第2章材料生长、器件制备以及测试技术
2.1材料生长技术
2.1.1MOCVD简介
MOCVD技术采用的反应物在较低温度下即成气态存在,避免了像其它外延技术中存在的液体金属蒸发的复杂过程,可以通过控制气态反应物流量来控制外延层生长状况,灵活性高,均匀性好。
另外MOCVD技术涉及到的化合物裂解、化合、沉积过程对温度变化的敏感性相对较低,提高了外延生长的重复性。
MOCVD技术可以多片、大片外延生长,可用于工业化大批量生产。
MOCVD设备作为化合物半导体材料研究和生产的手段,不仅成为制备化合物半导体异质结、超晶格、量子阱等低维结构的主要手段,而且还是生产化合物半导体光电子、微电子器件的重要方法。
特别是作为微电子工业半导体结构材料批量化生产的设备,它的高质量、稳定性、重复性及规模化是其它的半导体材料生长设备无法替代的。
另外用MOCVD生产半导体激光器、发光管、太阳能电池和高频、高速电子器件等都已形成产业,并且仍在继续发展之中,还需指出的是,今天它不仅应用于半导体领域,现已扩展到金属、绝缘介质等多种材料体系,成为现代外延技术的重要组成部分。
2.2材料、器件表征技术
测试中常用的扫描模式有2&
theta;
模式、&
omega;
/2&
模式和&
模式。
2&
模式中加探测器狭缝,探测器固定,只有样品&
旋转。
模式探测器加狭缝,样品以&
旋转,探测器以2&
模式中,探测器前不加狭缝,样品以&
旋转,探测器固定不动。
模式主要用来确定衍射峰的角位置,相组成等结构信息,对合金材料来说,可以根据Vegard定律可以计算出外延层的组分。
模式(通常说的摇摆曲线)主要用来测量某个衍射峰的半高宽FWHM(FullWidthatHalfMaximum)。
X射线衍射摇摆曲线的半高宽可以反映晶体中位错的形态和数量,对于螺位错可以采用(0002)面摇摆曲线的FWHM来表征,而刃位错对其值没有影响;
要反应刃位错情况,必须进行(10-1n)或(11-2n)晶面对称衍射,因为这些面的衍射既受螺位错的影响也受刃位错的影响,因此要获得刃位错的密度,首先应先测出螺位错密度,然后从由(11-2n)晶面衍射得出的位错密度中减去螺位错密度,才可得到刃位错的密度。
第3章AlGaN/AlN/GaN/InGaN/GaNDH-HEMT材料的生长.......29
3.1GaN基HEMT的基本原理和结构设计......29
3.1.1III族氮化物的自发极化......29
3.1.2III族氮化物的压电极化......30
3.1.3单异质结AlGaN/GaNHEMT.....32
3.2双异质结HEMT的常见结构.......33
3.3AlGaN/AlN/GaN/InGaN/GaNDH-HEMT结构的设计.......35
3.4材料生长及测试....41
3.5本章小结....49
第4章AlGaN/AlN/GaN/InGaN/GaNDH-HEMT.........51
4.1AlGaN/GaNHEMT的工艺流程......51
4.2器件测试和分析....52
4.2.1InGaN背势垒层对开关器件直流特性的影响........52
4.2.2InGaN背势垒层对开关器件击穿特性的影响........54
4.3本章小结....55
第4章AlGaN/AlN/GaN/InGaN/GaNDH-HEMT开关器件的研制
4.1AlGaN/GaNHEMT的工艺流程
为了更好的对比验证InGaN背势垒对开关器件的影响,我们采用完全相同的工艺制备了AlGaN/AlN/GaN/InGaN/GaNDH-HEMT和常规的AIGaN/GaNHEMT器件。
金属与半导体形成欧姆接触是半导体电子器件至关重要的工艺步骤之一。
欧姆接触是用来连接金属引线和半导体,并完成半导体载流子电流和金属电子电流的转换的。
器件具有良好电学性能的金-半欧姆接触,才能将电流输入输出,实现其电学功能。
欧姆接触作为器件制备的关键工艺,决定着器件的通态电阻和高频特性,要制备高性能的AlGaN/GaNHEMT开关器件,形成良好的欧姆接触是十分重要的。
本文在制备过程中使用Ti/Al/Ti/Au制作器件的源漏欧姆接触。
采用了He离子两次注入实现有源区之间的隔离,两次注入离子能量和剂量分别为20KeV,2&
times;
1015/cm2和50KeV,2&
1014/cm2。
对于高能量的注入,离子将在整个外延层中都产生损伤,从而实现器件的隔离,低能量的注入则是为了在二维电子气所在界面处产生足够的损伤来确保器件之间的隔离。
离子注入后,隔离岛间漏电电流仅为&
mu;
A量级,隔离效果非常好。
总结
本论文紧紧围绕高压开关AlGaN/GaNHEMT开展研究工作,主要内容涉及高阻GaN层的生长和测试,DH-HEMT结构材料的设计、生长、测试和器件制作,主要研究成果如下:
通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,对HEMT和常规结构的AlGaN/AlN/GaNHEMT进行了模拟。
设计生长了低温GaN隔离层,实现了GaN沟道层1070℃的生长,而不影响InGaN插入层的质量;
并用RBS测试验证了GaN低温隔离层很好地保护了InGaN插入层;
用DC-XRD和RBS测得InGaN插入层In组分为5%。
通过Hall测试系统,在4.3K低温下,迁移率达到9253cm2/Vs,室温下为1552cm2/Vs,高于类似结构文献报道。
C-V测试表明结构材料附加导电沟道不明显,对器件的影响完全可以忽略。
同时,通过非接触方阻测试结构材料方块电阻平均值为399&
Omega;
/,不均匀性为1.9%,有利于制备大尺寸器件和提高器件制备成品率。
参考文献(略)
材料工程硕士毕业论文篇二
1绪论
1.1研究背景及意义
磷酸是一种重要的基础化工原料,在工农业生产中占据重要的地位。
目前,世界上的90%磷酸是采用湿法生产[1],磷石膏的性质主要取决于所用的磷矿石和生产工艺,不同厂家产出的磷石膏是不同的,同一厂家在不同的时间段产出的磷石膏亦不同。
每生产1吨磷酸大约产出5吨的磷石膏,世界范围内每年的磷石膏产量大约为1~2.8亿吨[1][3]。
然而,全球的磷石膏循环利用率只有15%左右,其余的则就近厂区堆放,不仅会侵占大量的土地,而且由于刮风下雨,磷石膏的堆放已严重危害周边的环境,农业的快速发展对磷肥的需求量也在持续增加,磷肥产量从1980年至2006年增加了近5倍,年产量按100%P2O5计已经达到了1100万吨,占世界总产量的50%以上[4]。
据磷肥工业协会统计,我国磷石膏的年排放量已达5000万吨左右,累计堆存量超过2亿吨[5],主要集中在云、贵、川、鄂四省。
而我国的磷石膏综合利用率仅为8%左右,与发达国家相比尚有很大差距。
国家环境部门已将
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程硕士 材料 毕业论文 10