王宏兴教授团队实现2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底量产

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金刚石半导体具有超宽禁带（5.45eV）、高击穿场强（10MV/cm）、高载流子饱和漂移速度、高热导率（22 W/cmK）等材料特性，以及优异的器件品质因子（Johnson、Keyes、Baliga），采用金刚石衬底可研制高温、高频、大功率、抗辐照电子器件，克服器件的“自热效应”和“雪崩击穿”等技术瓶颈，在5G/6G通信，微波/毫米波集成电路、探测与传感等领域发展起到重要作用。目前，金刚石电子器件的发展受限于大尺寸、高质量的单晶衬底。硅、蓝宝石等衬底的商业化，为异质外延单晶金刚石提供了前提条件。
        近日，西安交大研究团队采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术，成功实现2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底的批量化（如图一所示）。团队通过对成膜均匀性、温场及流场的有效调控，提高了异质外延单晶金刚石成品率。衬底表面具有台阶流（step-flow）生长模式，可降低衬底的缺陷密度，提高晶体质量。XRD（004）、（311）摇摆曲线半峰宽分别小于91arcsec和111arcsec（如图三所示），达到世界领先水平。

图一. 2英寸异质外延单晶金刚石自支撑衬底照片

       西安交大宽禁带半导体材料与器件研究中心于2013年建立，实验室主任为国家级特聘专家王宏兴教授。实验室经过近10年的发展，已形成具有自主知识产权的金刚石半导体外延设备研发、单晶/多晶衬底生长、电子器件研制等系列技术，已获授权48项专利。与国内相关大型通信公司，中国电科相关研究所等开展金刚石半导体材料与器件的广泛合作，促进了金刚石射频功率电子器件、电力电子器件、MEMS等器件的实用性发展。
       文章来源：西安交通大学
          王宏兴，西安交通大学教授、博士生导师，宽禁带半导体材料与器件研究中心主任。2001年获日本德岛大学大学院物质工学专攻博士学位；1999年至2003年任日本Nitride Semiconductors Co. Ltd 公司研究员；2003至2004年任日本科学技术振兴机构高级研究员；2004年至2008年任日本Dialight Japan Co. Ltd公司高级研究员、执行董事；2008年至2012年在日本Seki Technotron Corp. 金刚石CVD装置部工艺开发负责人；2008至今任日本高知Kochi FEL Co. Ltd公司技术顾问；2009至今任日本Napra Corp.公司首席顾问。在日本期间作为高级研究员，团队负责人，技术顾问先后参加和主持了日本通产省，日本学术振兴机构以及日本有关大型公司的重大科研项目和产学研结合项目。回国后主持科技部“863计划”等重大项目。在III-V族半导体薄膜外延生长及发光器件，大面积金刚石衬底及高质量金刚石薄膜外延生长，碳纳米场致发射阴极、场致发射光源及其他场致发射电子器件，MOCVD设计开发、 特殊直流CVD设计开发、微波等离子体CVD的设计开发等领域做出了许多创新性工作。发表文章50余篇，申请日本、美国专利80余项。曾获得电子工业部科技进步二等奖，国家科技进步三等奖。