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氮化铝(AlN)作为第三代宽禁带半导体材料,具有禁带宽度大,介电常数小,电子漂移速率较高,导热率高,化学性质稳定等许多优良的特性,是深紫外光电器件、高温高频大功率微波器件等第三代半导体产业的核心,尤其在军事、卫星、国防安全等领域具有广泛的应用前景。通过对AlN材料的刻蚀研究,可以为之后的器件制造及开拓新的应用领域奠定坚实的基础。
本文通过图形掩膜与湿法刻蚀相结合的技术方案,成功克服了无掩膜AlN腐蚀的各向异性限制,在2英寸AlN/蓝宝石模板上实现了具有周期性排列的微纳结构陈列的可控制备,并对湿法刻蚀过程进行了研究。研究发现,无论条形掩膜是平行还是垂直于定位边,在掩膜作用下,湿法刻蚀不再呈现不可控的各向异性,而是沿着条形窗口刻蚀至蓝宝石衬底,在掩膜覆盖区侧向刻蚀速率恒定且较低。进一步研究发现,在点状掩膜(圆形)下,刻蚀出的微纳结构表面形状沿袭了掩膜形状。通过本方法制备的周期性微纳米阵列具有良好的边界形状。
在成功制备微/纳米柱阵列的基础上,进一步研究了单根纳米柱的器件制备工艺,制备了一种AlN微/纳米柱压电器件。首先采用机械方法将单根纳米柱从衬底上取下,并转移至柔性衬底。通过在柔性衬底上制作位置标记(MARK),以确定微/纳米柱的具体位置,再通过电子束曝光系统,在单根微/纳米柱两端做出电极图形,通过电子束蒸镀沉积金属后便可通过电化学工作站测量研究其压电性质。由于此实验方案未曾有过先例,且具体实验过程涉及的操作等需要极高的熟练度,时间原因未能成功制备出良好的器件。但为研究微纳结构AlN的光电子器件提供了一种可行的方案。
本文通过图形掩膜与湿法刻蚀相结合的技术方案,成功克服了无掩膜AlN腐蚀的各向异性限制,在2英寸AlN/蓝宝石模板上实现了具有周期性排列的微纳结构陈列的可控制备,并对湿法刻蚀过程进行了研究。研究发现,无论条形掩膜是平行还是垂直于定位边,在掩膜作用下,湿法刻蚀不再呈现不可控的各向异性,而是沿着条形窗口刻蚀至蓝宝石衬底,在掩膜覆盖区侧向刻蚀速率恒定且较低。进一步研究发现,在点状掩膜(圆形)下,刻蚀出的微纳结构表面形状沿袭了掩膜形状。通过本方法制备的周期性微纳米阵列具有良好的边界形状。
在成功制备微/纳米柱阵列的基础上,进一步研究了单根纳米柱的器件制备工艺,制备了一种AlN微/纳米柱压电器件。首先采用机械方法将单根纳米柱从衬底上取下,并转移至柔性衬底。通过在柔性衬底上制作位置标记(MARK),以确定微/纳米柱的具体位置,再通过电子束曝光系统,在单根微/纳米柱两端做出电极图形,通过电子束蒸镀沉积金属后便可通过电化学工作站测量研究其压电性质。由于此实验方案未曾有过先例,且具体实验过程涉及的操作等需要极高的熟练度,时间原因未能成功制备出良好的器件。但为研究微纳结构AlN的光电子器件提供了一种可行的方案。