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oe1(光电查) - 科学论文

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出版时间
  • 2019
研究主题
  • B2. 半导体III-V族材料 A3. 金属有机化学气相沉积 B1. 氮化物 A1. 晶体结构 A1. 杂质
应用领域
  • 材料科学与工程
机构单位
  • National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
  • Nagoya University
36 条数据
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  • 2016年欧洲显微镜学大会论文集 || 氮化物基金属/半导体超晶格的微观结构演变与热稳定性：在热电及硬质涂层领域的应用

    摘要： 本文通过高分辨（扫描）透射电子显微镜（HR(S)/TEM）成像与能量色散X射线光谱（EDX）面扫描技术，对沉积态及退火处理的多种金属/半导体超晶格样品进行了质量与微观结构的详细分析。外延生长的金属/半导体超晶格作为电子、光子及等离子体器件中的化合物材料具有应用前景，同时在硬质涂层和热电材料领域也备受关注[1]。超晶格的晶体质量（包括缺陷密度、相纯度、界面粗糙度及各层化学计量比）对其物理特性及实际应用至关重要。最新研究表明，以(Al,Sc)N为半导体组分的金属/半导体超晶格可通过磁控溅射在[001]MgO衬底上实现低缺陷密度的外延生长[2]。结合HR(S)/TEM与EDX面扫描对沉积态及长期退火的立方相TiN/(Al,Sc)N超晶格进行相形成与热稳定性研究发现：随着退火时间延长，金属原子相互扩散导致TiN与(Al,Sc)N层发生混合[3]。本研究采用磁控溅射法制备了性能改进的(Ti,W)N/(Al,Sc)N[4]和(Hf,Zr)N/ScN[5]超晶格，并通过多种透射电镜技术分析其微观结构演变与热稳定性（图1展示了改进型立方相(Ti,W)N/(Al,Sc)N超晶格截面的STEM全景图(a)及金属/半导体界面区域的高分辨TEM照片，证实了优异的外延生长质量[4]；图2对比显示(Zr,Hf)N基体系相比传统TiN基超晶格具有更优热稳定性——经950°C退火120小时后，TiN/AlScN体系的EDX高分辨面扫描揭示金属原子扩散现象(b)，而Hf0.5Zr0.5N/ScN超晶格保持结构完整(d)）。所有实验均在林雪平大学配备Gatan Quantum ERS GIF、高亮度XFEG光源及Super-X EDX探测器的图像与探针校正单色化FEI Titan3 60-300电镜（300kV）上完成[6]。

    关键词： 氮化物、超晶格、能量色散X射线（EDX）面扫描图

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 采用高速旋转单晶圆MOCVD设备生长InAlN势垒HEMTs的均匀性与重复性

    摘要： 我们采用最新研发的高速晶圆旋转单晶圆MOCVD设备，在8英寸或6英寸硅衬底上制备了以InAlN为势垒层的高电子迁移率晶体管结构。有研究报道指出，InAlN层中的镓杂质在某些情况下会导致III族金属组分控制出现严重问题，但使用该设备生长的样品呈现出界面陡峭且几乎不含镓杂质的InAlN层。同时报道显示该设备制备的器件结构具有优异的晶圆内均匀性、重复性以及晶圆间均匀性。本文结果表明该设备在实际器件生产中具有卓越性能。

    关键词： A3. 金属有机化学气相沉积，B1. 氮化物，B2. 半导体III-V族材料，B3. 高电子迁移率晶体管

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 采用等离子体辅助分子束外延生长的发射波长约280纳米的Al0.56Ga0.44N/Al0.62Ga0.38N多量子阱的光学与界面特性

    摘要： 我们研究了通过等离子体辅助分子束外延生长的Al0.56Ga0.44N/Al0.62Ga0.38N多量子阱的性质，这些量子阱用于深紫外发光器件。通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜补充了激发和温度依赖性、时间分辨光致发光测量以及透射和反射光谱。3纳米量子阱的特征是界面粗糙度高度为0.3-1纳米，最大值与通过计算分析测量的光致发光线形所获得的值非常吻合。辐射寿命随温度升高而增加，这表明电子-空穴散射在将光激发载流子冷却到量子阱的基态中起作用。

    关键词： A1. 接口，B1. 氮化物，A3. 量子阱，A3. 分子束外延

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 通过过饱和法对GaN衬底上InGaN的形貌研究

    摘要： 通过原子力显微镜研究了采用金属有机气相外延（MOVPE）法在c面GaN衬底上生长的薄层InGaN的形貌特征。观察到三种不同形貌：台阶状表面、大型平坦二维（2D）岛状结构以及小型高耸三维（3D）点状结构。较低的生长温度和较高的生长速率（即增加蒸汽过饱和度）会使InGaN形貌从台阶状转变为二维岛状，进而当超过三维点状结构的临界厚度时转变为三维点状。增大GaN衬底的斜切角会通过降低各台阶表面的过饱和度，使形貌从二维岛状转变为台阶状。在相同InN摩尔分数下，具有台阶状形貌的InGaN层具有最高的内量子效率。与生长在GaN/蓝宝石模板上的InGaN相比，生长在GaN衬底上的InGaN更容易形成台阶状形貌。

    关键词： A3. 金属有机气相外延 B2. 半导体III-V族材料 A1. 晶体形貌 B1. 氮化物

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 通过抑制残余界面电荷改善再生长AlGaN/GaN MOSFET的电学特性

    摘要： 本文研究了通过选择性区域再生长工艺制备的凹槽栅MOSFET中，再生长界面对于AlGaN/GaN异质结构电学特性的影响。当二维电子气（2DEG）靠近再生长界面时，再生长AlGaN/GaN结构上2DEG的电子迁移率出现下降。该再生长界面存在高载流子浓度和硅杂质，导致2DEG电子迁移率退化。通过在再生长前进行紫外（UV）处理，消除了再生长界面的非故意载流子产生。随后采用该UV处理工艺制备了再生长AlGaN/GaN MOSFET器件，该器件展现出良好的性能表现，如无迟滞或漏电的常关态工作特性。由此通过抑制再生长界面电荷，实现了AlGaN/GaN MOSFET电学特性的提升。

    关键词： B2. 半导体镓化合物 B3. 高电子迁移率晶体管 A1. 界面 A3. 金属有机化学气相沉积 B1. 氮化物

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 用于高效析氧的透明Ta3N5光阳极：串联电池的发展方向

    摘要： 光电解水制氢被视为一种极具前景的制氢方法，而高效光电极的开发是实现实用系统的关键环节。本研究在n型氮化镓/蓝宝石衬底上制备了透明Ta3N5光阳极，通过与光阴极协同促进析氧反应，从而实现全解水。引入底层氮化镓层后，在1.23V（相对于可逆氢电极）电位下获得了6.3mA/cm2的光电流。Ta3N5对波长超过600nm光的透射特性，使入射太阳光能够穿透至吸收上限达1100nm的铜铟硒（CIS）材料。由此构建了由双CIS单元串联连接并以铂/镍电极为终端的独立串联电池用于析氢。该串联电池在反应初期展现出超过7%的太阳能-氢能转换效率。

    关键词： 太阳能转换、光电化学、水分解、光电化学串联电池、(氧)氮化物

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 通过溅射沉积和高温退火在SiC衬底上制备AlN模板

    摘要： 通过溅射沉积及后续高温退火工艺制备的高质量AlN模板，在深紫外发光器件应用中展现出巨大潜力。本研究采用溅射与面对面退火技术在6H-SiC衬底上制备AlN薄膜，并系统表征了退火前后薄膜的结构特性。如既往研究所述，采用分子束外延或金属有机气相外延（MOVPE）等常规方法在SiC衬底上制备高质量AlN薄膜时，实现AlN与SiC的共格外延生长至关重要。但本研究发现，尽管退火后的AlN薄膜已完全从SiC衬底弛豫（甚至呈现拉应变状态），仍表现出优异的结晶质量——200nm厚退火AlN薄膜的X射线摇摆曲线半高宽（XRC-FWHM）值分别为：(0002)晶面17角秒、(10-12)晶面246角秒。虽然退火AlN薄膜表面存在台阶束集的粗糙形貌，但经MOVPE生长后表面质量显著改善，形成了清晰的原子级台阶-平台结构，其XRC-FWHM值优化为：(0002)晶面90角秒、(10-12)晶面239角秒。

    关键词： A1. 应力，A1. 原子力显微镜，B1. 氮化物，B2. 半导体III-V族材料，A1. X射线衍射

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 利用AlGaN中间层对Si衬底上生长的GaN进行应变控制

    摘要： 为抑制硅衬底上氮化镓的外延翘曲与裂纹产生，我们从理论与实验两方面研究了AlGaN中间层的铝含量及厚度对上方氮化镓层压应力的影响。模拟显示AlGaN会在临界厚度以上逐渐弛豫，因此可将AlGaN顶表面的弛豫比率定义为铝含量与厚度的函数。过高的铝含量或过厚的AlGaN中间层会导致上层氮化镓层产生过大初始应力，这会因穿透位错的形成使氮化镓层在生长过程中快速且持续弛豫（即应力递减）。反之，低铝含量或薄AlGaN中间层仅能维持氮化镓层较小但恒定的应力。因此存在理想的AlGaN表面弛豫比率可使氮化镓层获得最大恒定压应力。实验测得的AlGaN中间层弛豫比率远小于模拟计算值。虽然氮化镓层实测压应力低于预期，但在具有近似理想弛豫比率的AlGaN中间层上生长时，其应力衰减速率较小。

    关键词： 计算机模拟、表征、金属有机气相外延、应力、生长模型、氮化物

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 阴极电弧镀制备的AlCrNO基太阳能选择性吸收涂层的热震性能

    摘要： 抗热震性是太阳能电站用选择性吸收涂层的重要性能指标。本文报道了采用阴极电弧镀制备的AlCrNO基太阳能选择性吸收涂层的抗热震性能。该涂层经受了100次热震测试循环，每次循环中样品以超过200°C/分钟的升温速率加热至600°C，再以超过150°C/分钟的冷却速率降至室温。100次循环后，通过分光光度计、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)检测了样品的光学性能、形貌、元素组成、相结构和表面粗糙度。结果表明：热震测试后样品的α/ε值从0.93/0.20变为0.94/0.21，表明该涂层具有优异的抗热震性能。与热老化测试后的样品类似，涂层氮化物含量增加且反射率阈值红移。但热震测试后样品的反射率分布模式与热老化测试后不同，因为热震后在涂层表面出现了微缺陷。

    关键词： 阴极电弧镀膜、微缺陷、抗热震性、AlCrNO合金、氮化物、太阳能选择性吸收涂层

    更新于2025-09-23 15:22:29

  • 压力下的竞争——常压基序与密堆积在氮化硅磷酰亚胺SiP2N4NH中的共存

    摘要： 非金属氮化物如BN、Si3N4和P3N5满足高性能材料的诸多需求，其高压多形体展现出卓越的机械性能。本文报道了具有六配位硅的硅磷氮酰亚胺SiP2N4NH。采用多砧压机技术，通过在8 GPa和1100°C的高温高压合成条件下，以原位生成的HCl作为矿化剂，成功制备了该材料。通过单晶X射线衍射与固态核磁共振测量相结合的方法解析了其晶体结构，并利用能量色散X射线光谱和（变温）粉末X射线衍射对其进行了表征。这种高度致密的Si/P/N骨架包含PN4四面体以及罕见的SiN6八面体结构单元，在常压下与氮阴离子密堆积构型相互竞争的结构模式背景下进行讨论，代表了非金属氮化物高压化学中缺失的关键环节。

    关键词： 氮化物、硅、高压化学、磷、固态结构

    更新于2025-09-23 15:22:29