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        13629296378 李先生

        單晶等離子體金剛石襯底材料及其CVD生長設備

        作者:admin     發布日期: 2020-04-23     二維碼分享

        項目簡介

        (西安智源電氣有限公司)

        半導體已經在微電子、生物電子、光電子等領域展現出了廣泛的應用前景。在發光領域,氮化鎵基半導體發光器件改變了人類傳統的照明方式,帶來了節能照明技術的一次大革命;在信息領域,大規模、超高速集成電路已徹底改變了我們人類的生活方式;同時,半導體諸多領域的進步也極大地推進信息、國防、醫療、傳統產業的發展和升級換代。然而,隨著半導體材料的深入發展和廣泛應用,研制超大功率、高頻、低耗能、耐高溫、抗輻照、長壽命半導體器件就成為一個重要和關鍵的攻關任務。這些因素促使相關研發人員不斷采用新技術來提高半導體晶體的外延質量、器件的量子效率,同時也在改善器件散熱方面進行不懈地探索。在對能夠穩定工作于高溫、抗輻照等苛刻環境的大功率、高頻電子器件需求的牽引下,相關科研人員已經將部分精力轉向尋找具有更高熱導率、更大功率、更高頻、抗輻照性能更優良的新型寬禁帶半導體方向上來。于是,在熱、電、聲、光等方面具有非常優越性能的金剛石寬禁帶半導體便進入人們的視野。

        作為半導體材料的金剛石與Si、 GaAs、SiC以及GaN等正在廣泛應用的半導體材料相比較,其性能全面超越其它半導體。

        1)        金剛石室溫下具有5.45eV的禁帶寬度,為超寬禁帶半導體;具有半導體中.高的抗擊穿場強(>10MV/cm)和天然物質中.高的室溫熱傳導系數(2200W/m·K);

        2)        金剛石具有高的遷移率(電子:4500cm2/Vs; 空穴:3800 cm2/Vs)和飽和載流子漂移速度(電子:1.5×107cm/s;空穴:1.1×107cm/s);

        3)        金剛石介電常數.低;

        4)        金剛石具有.高的楊氏模量,是迄今為止.硬的物質;

        5)        金剛石具有極低的動態摩擦系數;

        6)        金剛石具有.高的縱向聲學速率,.高的熱傳導率和.低的熱膨脹系數,很強的化學穩定性;

        7)        金剛石具有.高的Johnson、Keyes和Baliga指數,表明其在高頻、大功率半導體微波功率器件方面的潛在優勢。

        圖片展示如下:

        在電力系統,金剛石可以用于耐高溫(潛在工作溫度1000℃以上)、大電流工作的高壓開關,減少電子控制節點的尺寸,降低能耗。圖1為各個半導體材料在開發和量產高頻大功率器件時所覆蓋的功率與頻率的范圍。很明顯,在廣播、衛星通信、雷達方面以及其他的通信系統,金剛石半導體器件不論在功率方面,還是在頻率方面均具有比其他半導體材料(如GaN, SiC, GaAs等)更加優越的性能。其大功率(10KW 以上)和高的頻率(120GHz以上)特性使其可以廣泛應用在廣播、衛星、雷達等領域,并可代替現有的微波行波管等器件。

        圖1金剛石與其他半導體在高頻領域應用的比較

        對于提高武器系統的作戰效率、作戰半徑以及武器系統的可靠性和智能性,對未來的信息戰和電子戰都將起非常重要的作用。在金剛石優異特性、廣泛應用前景與巨大的技術和市場需求的共同驅使下,日、歐、美等國家已投入大量的人力、物力展開金剛石單晶薄膜及其電子器件的研究,已經開發出了150GHz、幾千瓦的電子器件,這些器件即將被用于武器系統的小型化,大功率化;利用金剛石中的N-V自旋量子特性,開發出了金剛石量子計算機,這種計算機的研制成功,即將使現有的各種電子設備速度更快,信息量更大,進而可以實現武器系統的更加智能化;利用金剛石與生物細胞的親和性,開發出了DNA傳感器,這種技術正在被美國軍方使用在生物武器開發方面;利用金剛石的束縛激子躍遷特性開發出了UV-LED、日盲UV探測器和具有高反向擊穿電壓(是Si的546倍,是GaN和SiC的幾十倍)、低漏電電流和低正向導通電阻的肖特基二極管等其他電子器件。同時,金剛石電子器件比其他半導體材料的電子器件具有更高效率(提高18%)和較低損耗(降低30%), 因而在機電系統中使用的轉換器(Inverter)方面,金剛石電子器件的耗能將是現在使用的器件的五分之一,而且體積也變得非常小。






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