相较于传统的硅材料, 宽禁带半导体材料更适合制作高压、高频、高功率的半导体器件, 被认为是后摩尔时代材料创新的关键角色。单晶金刚石拥有大禁带宽度、高热导率、高迁移率等优异特性, 更是下一代大功率、高频电子器件的理想半导体材料。然而由于可获得单晶金刚石的尺寸较小, 且价格昂贵, 极大地阻碍了金刚石的发展。历经长时间的探索, 异质外延生长技术成为了获得高质量、大面积单晶金刚石的有效手段。本综述从金刚石异质外延的衬底选择、生长机理以及质量改善等方面对近些年来异质外延单晶金刚石的发展进行详细介绍。进一步地, 对基于异质外延单晶金刚石的场效应晶体管和二极管的研究进行了总结, 说明了异质外延单晶金刚石在电子器件领域的巨大潜力。最后总结了异质外延单晶金刚石仍需面对的挑战, 展望了其在未来的应用与发展前景。

二维超宽禁带半导体材料六方氮化硼(h-BN)具有绝缘性好、击穿场强高、热导率高, 以及良好的稳定性等特点, 且其原子级平整表面极少有悬挂键和电荷陷阱的存在, 使其有潜力成为二维电子器件的衬底和栅介质材料。实现h-BN应用的关键在于生长高质量的h-BN单晶薄膜, 本文详细介绍了在过渡金属衬底、绝缘介质衬底和半导体材料表面外延生长h-BN的方法及其研究进展。在具有催化活性的过渡金属衬底(铜、镍、铁、铂等)上可以外延得到高质量的二维h-BN, 而在绝缘介质或半导体材料衬底上直接生长h-BN单晶薄膜更具挑战性。蓝宝石以其良好的热稳定性和化学稳定性成为外延h-BN的首选衬底, 蓝宝石衬底上生长h-BN薄膜的方法主要有化学气相沉积、分子束外延、离子束溅射沉积、金属有机气相外延, 以及高温后退火等, 通过这些方法可以在蓝宝石衬底上外延得到h-BN单晶薄膜, 还可以集成到现有的一些III-V族化合物半导体的外延生长工艺之中, 为h-BN的大面积应用奠定基础。此外, 石墨烯、硅和锗等半导体材料衬底上生长h-BN单晶薄膜也是当前研究的一个热点, 这为基于h-BN的异质结制备及其应用提供了新的方向。

碲锌镉(CdZnTe)晶体性能优越，是高性能碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜的首选衬底材料。双面抛光是一种加工质量较高的碲锌镉晶片表面抛光方式，其具有效率高、平整度好、晶片应力堆积少的优点。但当碲锌镉晶片尺寸增大后，其加工难度也随之上升，易出现碎片多、加工速率慢、表面平整度差等问题。本文开展了大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术研究，深入分析了面积大于50 cm2的非规则碲锌镉晶片双面抛光工艺中，不同参数对抛光质量的影响，通过模拟并优化晶片运动轨迹，优化抛光液磨粒粒型、抛光压力、抛光液流量等抛光工艺参数，实现了具有较高抛光速率和较好表面质量的大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光加工，对进一步深入研究双面抛光技术有着重要意义。

超宽禁带半导体材料金刚石在热导率、载流子迁移率和击穿场强等方面表现出优异的性质，在功率电子学领域具有广阔的应用前景。实现p型和n型导电是制备金刚石半导体器件的基础要求，其中p型金刚石的发展较为成熟，主流的掺杂元素是硼，但在高掺杂时存在空穴迁移率迅速下降的问题；n型金刚石目前主流的掺杂元素是磷，还存在杂质能级深、电离能较大的问题，以及掺杂之后金刚石晶体中的缺陷造成载流子浓度和迁移率都比较低，电阻率难以达到器件的要求。因此制备高质量的p型和n型金刚石成为研究者关注的焦点。本文主要介绍金刚石独特的物理性质，概述化学气相沉积法和离子注入法实现金刚石掺杂的基本原理和参数指标，进而回顾两种方法进行单晶金刚石薄膜p型和n型掺杂的研究进展，系统总结了其面临的问题并对未来方向进行了展望。

X射线具有波长短、穿透能力强等优点，在医学成像、安全检查、科学研究、空间通信等领域具有重要作用。半导体X射线探测器可以将X射线转换为电流信号，具有易集成、空间分辨率高、能量分辨率高、响应速度快等优点。高性能的X射线探测器应具备暗电流低、灵敏度高、响应速度快、可长时间稳定工作等特点，因此制备X射线探测器的半导体材料应具有电阻率高、缺陷少、抗辐照能力强、禁带宽度宽等性质。氧化镓(Ga2O3)是一种新型宽禁带半导体材料，具有超宽禁带宽度、高击穿场强、高X射线吸收系数、耐高温、可采用熔体法生长大尺寸单晶等优点，是一种适合制备X射线探测器的新型材料，近年来基于Ga2O3的X射探测器成为辐射探测领域的研究热点之一。本文主要介绍了Ga2O3半导体的物理性质及其在X射线探测器方面的研究进展，分析了影响X射线探测器性能的物理机制，为提高Ga2O3基X射探测器的性能提供了思路。

近年来, 宽禁带半导体材料β-Ga2O3越来越多地受到关注, 在材料制备、掺杂、刻蚀等方面都有广泛研究。射频磁控溅射是常用的β-Ga2O3薄膜制备方法之一, 后退火处理往往是提高薄膜质量的关键工艺步骤。本文研究后退火工艺中退火温度和退火气氛对射频磁控溅射在C面蓝宝石基底上制备得到的β-Ga2O3薄膜材料的影响。X射线衍射和原子力显微镜表征结果表明: 在氮气气氛下退火, 退火温度为1 000 ℃时得到的β-Ga2O3薄膜质量较优; 相同的温度下, 氧气气氛退火比氮气气氛退火更有利于提升薄膜的结晶性能、降低表面粗糙度; 在氧气气氛下, 1 000 ℃退火得到的薄膜质量相对比900 ℃退火得到的薄膜质量好。

作为宽禁带半导体材料的一员，结构稳定的β-Ga2O3具有比SiC和GaN更宽的禁带宽度和更高的巴利加优值，近年来受到科研人员的广泛关注。本文采用射频(RF)磁控溅射法在C面蓝宝石衬底上生长β-Ga2O3薄膜，探究溅射过程中衬底加热温度的影响。溅射完成后通过高温退火处理提升薄膜质量，研究衬底加热温度和后退火温度对氧化镓薄膜晶体结构和表面形貌的影响。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对β-Ga2O3薄膜晶体结构、表面形貌等进行分析表征。实验结果表明，随着衬底加热温度的升高，β-Ga2O3薄膜表面粗糙度逐渐降低，薄膜晶体质量得到显著提升；在氧气气氛中进行后退火，合适的后退火温度有利于氧化镓薄膜重新结晶、增大晶粒尺寸，能够有效修复薄膜的表面态和点缺陷，对于改善薄膜晶体质量有明显优势。

针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求，采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管，研究了该探测器对241Am源α粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.99×1015/cm3。从正向电流-电压曲线获得该二极管肖特基势垒高度为1.66 eV，理想因子为1.07，表明该探测器具备良好的热电子发射特性。在反向偏压高达700 V时，该二极管未击穿，其漏电流仅为21 nA，具有较高的击穿电压。在反向偏压为0~350 V范围内研究了该探测器对3.5 MeV α粒子电荷收集效率，在0 V时为48.7%，在150 V时为99.4%，表明该探测器具有良好的电荷收集特性。

采用射频磁控溅射法在石英衬底上制备出具有沿c轴择优取向的多晶MgZnO薄膜，通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)分析表明，MgZnO多晶薄膜为单相六角纤锌矿结构。TEM图像还显示出MgZnO薄膜的多晶层状生长趋势。在MgZnO薄膜的光透射谱中出现陡峭的吸收边，由透射谱估算出MgZnO薄膜的带隙宽度为3.66 eV。由透射谱数据计算出MgZnO薄膜的折射率并拟合出折射率的一阶塞耳迈耶尔(Sellmeir)色散方程，薄膜的折射率随波长增加而减小。由色散方程计算632.8 nm波长时薄膜的折射率并与实验测试值比较，两者相差仅为1.6%。