1 1.中国科学院上海硅酸盐研究所 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
AlN-SiC复相陶瓷力学性能好、导热性与抗高温氧化性能优异, 作为纤维增强陶瓷基复合材料的基体材料具有良好的应用前景。本研究以Si-Al合金为熔渗介质, 多孔C-Si3N4为熔渗预制体, 对低温反应熔渗制备AlN-SiC复相陶瓷及其性能展开研究。研究发现Si-Al合金形态对反应熔渗过程存在着重要的影响: 以Si-Al合金粉末作为熔渗介质时, 反应熔渗过程中在Si-Al/C-Si3N4界面处将原位形成一层致密的Al-O阻挡层, 从而严重阻碍Si-Al熔体向C-Si3N4预制体内部的渗透, 使反应熔渗过程难以进行；以Si-Al合金锭作为熔渗介质时, Si-Al熔体可以深入渗透到多孔C-Si3N4预制体内部, 并通过进一步反应, 原位形成致密的AlN-SiC复相陶瓷。材料性能测试表明, 所得材料的力学和热学性能与其内部残余硅含量关系密切。随着残余硅含量降低, 材料强度明显提升, 而热导率有所下降。含质量分数4%残余硅的AlN-SiC复相陶瓷, 抗弯强度达到320.1 MPa, 热导率达26.3 W·m-1·K-1, 材料的强度几乎与传统反应烧结SiC陶瓷相当, 并深入探讨了出现上述现象的本质原因。本研究对低温熔渗工艺制备SiCf/AlN-SiC复合材料具有重要的指导意义。
反应熔渗(RMI) AlN-SiC 机械性能 热导率 reactive melt infiltration (RMI) AlN-SiC mechanical property thermal conductivity
1 西安电子科技大学, 西安 710071
2 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
3 天津市滨海新区微电子研究院, 天津 300459
提出了一种适用于低电压工作的毫米波AlN/GaN MIS-HEMT器件, 开展了材料外延结构的设计, 在SiC衬底上生长了AlN/GaN外延材料。基于此材料开展了器件制作, 优化了高温快速退火工艺, 获得良好的欧姆接触电阻。对所制备的器件进行直流测试, 结果显示, 电流输出能力为2.4 A/mm, 跨导极值为518 mS/mm, 小信号ft达到85 GHz, fmax大于141 GHz。在5G毫米波段28 GHz频率点测试了大信号特性, 当VDS =3 V时, 输出功率密度为0.55 W/mm, 功率附加效率(PAE)为40.1%; 当VDS = 6 V时, 输出功率密度为1.6 W/mm, PAE达到47.8%。该器件具有低压毫米波应用的潜力。
氮化铝/氮化硅 外延材料 低工作电压 毫米波 氮化铝势垒 AlN/SixN epitaxial material low operating voltage millimeter wave MIS-HEMT MIS-HEMT AlN barrier
1 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
3 宁波大学物理科学与技术学院，高压物理科学研究院，宁波315211
4 中材人工晶体研究院(山东)有限公司，济南250200
采用物理气相传输(PVT)法通过同质外延生长获得14 mm×12 mm的AlN单晶样品。对样品进行切割、研磨、化学机械抛光处理后，采用拉曼光谱仪、高分辨X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、光致发光光谱仪对样品进行测试表征。拉曼测试结果表明，晶体中心区域的拉曼光谱E2(high)声子模的半峰全宽为3.3 cm-1，边缘区域E2(high)声子模的半峰全宽为4.3 cm-1，晶体呈现较高的结晶质量。XRD摇摆曲线表征结果显示，外延生长后的晶体中心和边缘区域的摇摆曲线半峰全宽增大至100″和205″，表明晶体内存在缺陷。XPS测试结果表明，晶体内存在C、O、Si杂质元素，杂质的原子数分数分别为0.74%、1.43%、2.14%，晶体内发现以氧杂质为主的Al—O、N—Al—O等特征峰。光致发光光谱测试结果显示，晶体内存在VAlON复合缺陷和VAl点缺陷。
氮化铝 物理气相传输法 半峰全宽 杂质 缺陷 AlN physical vapor transport method FWHM impurity defect
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 发光学及应用国家重点实验室, 长春 130033
2 中国科学院大学, 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
本文在具有0.2°至1.0°斜切角的c面蓝宝石衬底上通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)生长了台阶聚束表面形貌AlN外延层, 并系统研究了高温退火过程中其表面形貌演化规律, 且基于第一性原理计算揭示了表面形貌演化背后的物理机制。研究发现, 随退火温度逐步升高, AlN外延层台阶边缘首先出现具有六方结构特征的热刻蚀凹坑, 随后在台面上形成边缘规则的多边形凹坑, 其主要原因是AlN表面台阶边缘处Al-N原子对脱附能量(10.72 eV)小于台面处Al-N原子对脱附能量(12.12 eV)。此外, 由于台阶宽度随斜切角增大而变窄, 台面处凹坑在扩张过程中易与台阶边缘处凹坑发生合并形成V形边缘, 斜切角越大台面上凹坑数量越少。本文阐明了不同斜切角蓝宝石衬底上生长的AlN在高温热退火过程中台阶聚束形貌演变机制, 为面内组分调制的AlGaN基高效深紫外LED提供基础。
氮化铝 表面形貌 高温热退火 台阶聚束 斜切衬底 热刻蚀 AlN surface morphology high-temperature anneal step bunching miscut substrate thermal etch
1 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510640
2 广州市艾佛光通科技有限公司, 广东 广州 510700
该文研究了双层反射结构对薄膜体声波谐振器性能的影响。采用有限元方法建立了以氮化硅为支撑层, 氮化铝为压电层, 钼为电极的器件模型。首先探究反射层的宽度对输入阻抗的影响, 为了进一步验证仿真结果, 制备了空腔型薄膜体声波谐振器。研究结果表明, 当反射层的宽度为0.5 μm时, 器件的品质因数将得到极大增强。
薄膜体声波谐振器 反射层 输入阻抗 有限元 thin film bulk acoustic resonator reflection layer input impedance AlN AlN finite element
山东大学 深圳研究院，新一代半导体材料研究院, 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
在PVT法生长AlN晶体的过程中, 很难保持理想的热力学平衡状态, 不可避免地会产生晶体缺陷。高温退火技术对提高晶体完整性十分有效，受到了广泛关注。本工作在N2气氛环境下对PVT法生长的AlN晶片进行高温退火研究。为了评价退火前后AlN晶体的质量和结构变化情况, 进行了高分辨率X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱分析。通过室温光致发光(PL)和吸收光谱对AlN晶体的光学性质以及与杂质相关的带隙变化情况进行了表征。在1400~1800 ℃退火后, AlN晶体质量显著提高。1400 ℃退火后, (10-12)晶面的X射线摇摆曲线的半峰宽(FWHM)从104.04 arcsec减小到79.92 arcsec。随着退火温度升高, 吸收性能明显增强, 带隙增大, 说明高温退火处理有利于提高AlN晶体的质量。二次离子质谱(SIMS)结果表明, 退火过程降低了C杂质, 增加了AlN晶体的带隙, 这与光吸收结果一致。
高温退火技术 AlN晶体 C杂质 带隙 high temperature annealing technology AlN crystal C impurities bandgap
1 华南理工大学材料科学与工程学院, 广州 510641
2 广州市艾佛光通科技有限公司, 广州 510700
在5G通信时代, 体声波(BAW)滤波器件成为实现高性能射频(RF)滤波的有效解决方案。在当前BAW器件发展最成熟的薄膜体声波谐振器(FBAR)技术和专利被少数几家公司持有的大环境下, 对压电薄膜生长、器件的制备工艺等方面进行突破, 形成独有的BAW器件技术路线显得尤为重要。本文综述了AlN薄膜的生长、AlN材料在BAW滤波器件的发展、基于AlN的BAW器件的制备及其应用。在国内研究者的努力下, 基于单晶AlN的体声波谐振器(SABAR)器件, 通过在材料生长方法及制备工艺上的独立自主创新, 不仅使BAW滤波器件的性能得到了进一步提升, 也给受到国外掣肘的国内射频滤波行业带来了一条摆脱国外“卡脖子”问题的新路线。
AlN薄膜 体声波滤波器 材料生长 设备制造 单晶AlN的体声波谐振器 AlN thin film bulk acoustic filter material growth device manufacturing single-crystalline AlN bulk acoustic resonator 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1691
1 重庆工业职业技术学院, 重庆 401120
2 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司, 江苏 苏州 215004
3 中国电子科技集团公司 第二十六研究所, 重庆 400060
压电微机电系统(MEMS)为各种高性能滤波器、振荡器和传感器等提供了一个多功能平台。氮化铝(AlN)MEMS轮廓模谐振器(CMR)具有工作频率跨度大,品质因数高,体积小及能在单个芯片上集成多频器件且与集成电路(IC)技术兼容等优点, 具有较好的应用前景。该文对AlN MEMS CMR的原理与典型结构、制备工艺及应用进行了综合性阐述, 并分析了CMR技术未来的发展方向。
压电微机电系统 氮化铝 轮廓模式谐振器 滤波器 振荡器 射频前端模块 piezoelectric microelectromechanical system(MEMS) AlN contour mode resonator(CMR) filter oscillator RF front-end module
针对有机合成过程中碳及碳化物的残余,传统方法中普遍使用除碳的工艺,而很少有文章针对非晶碳的结构和形貌进行表征。为此,本文采用高尿素含量的前驱盐体系,通过在氮气保护气氛中煅烧获得AlN粉体。采用X射线衍射分析、红外和拉曼光谱分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对850~1 500 ℃温度范围内煅烧获得产物的结构和形貌进行表征,对AlN合成过程中含碳产物结构形貌的变化,以及AlN和含碳产物之间相互的依存生长关系进行分析。结果表明,AlN生长的过程中伴随着无定形碳的石墨化转变,AlN颗粒的形貌也受含碳残余产物形貌的影响而出现有规律的变化。
非晶碳 粉体合成 AlN粉体 氮源 尿素 残余碳 石墨化 amorphous carbon powder synthesis AlN powder nitrogen source urea residual carbon graphitization
