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大力推动“2+6+N”产业高质量跨越式发展

英寸级单晶金刚石衬底及其关键设备的产业化

2020-10-19

来源: 原创

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一、项目简介 

    金刚石单晶集电学、光学、力学和热学等优异特性于一体,在高温、高频、高效大功率电子器件、生物传感器、日盲紫外和粒子闪烁体探测与成像、光电器 件、航空航天和武器系统等方面极具应用前景,被誉为“终极半导体”。金刚石电子器件相比其他半导体器件具有高效率(约提高 18%)、低损耗(约降低 30%)、体积小和更高的集成度、而且无需冷却系统。其耗能大约为现有器件的 1/5-1/3。目前日、美、欧、中已纷纷投入巨资、并成立相关组织和产学研机构推进金刚石单晶材料及其电子器件的研发与应用。英寸级单晶金刚石衬底及其关键设备的产业化,可以极大地推进我国半导体的革命性变革,实现我国微电子行业的跨越式发展,达到国际先进水平。

 二、产品性能优势 

    (1)基本原理及关键技术内容 

      单晶金刚石半导体衬底外延生长工艺通过研究金刚石 MPCVD 生长动力学过程的异常成核及以(111)配向的粒子为中心的 Hillock 形成机理; 

      优化设计 MPCVD 反应腔体结构,实现微波等离子体的大面积、高密度和均匀化; 

      优化反应腔室的热场分布及气流分布; 

      利用单晶金刚石晶体的等效晶面特征,研究外延生长过程中的横向生长(Lateral over Growth)技术,采用相互垂直晶面的外延生长方式,获得 10х10mm2 以上面积的金刚石衬底; 

      研究高能离子注入技术在金刚石浅表层下形成非金刚石层的有关规律及方法,获得表面层可分离的同质金刚石单晶衬底,为金刚石单晶的“克隆”创 造条件; 

      研究不同晶向的衬底接触部的晶体融合机理及规律,利用拼凑融合方式外延生长并形成更大面积的单晶衬底,满足 1 英寸大面积单晶金刚石衬底的量产需求。 

   (2)创新点 

     采用等晶面及镶嵌拼凑融合的方法形成一套大面积单晶金刚石生长的工艺规范,可生产 1 英寸(25.4х25.4mm)以上单晶金刚石衬底及薄膜产品。 

     获得采用克隆技术量产大面积单晶金刚石的整体技术。


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