简述Ir衬底上金刚石半导体异质外延生长技术与机理研究进展

作为碳基半导体的典型代表，金刚石被称为电子材料的“珠穆朗玛峰”和终极半导体。为了最大限度地提高其性能并实现其工业应用，晶圆级高质量金刚石的制备至关重要。到目前为止，异质外延技术被认为是一种很有前途的金刚石晶圆生长方法，并在过去20年里有了相当突出的进步。

哈尔滨工业大学红外薄膜与晶体团队朱嘉琦教授与合作者一道，瞄准金刚石晶圆制备这一关键技术问题，对Ir衬底上金刚石半导体异质外延生长技术与机理的研究进展进行了总结。首先从多个角度介绍了金刚石异质外延的基本原理，包括形核热力学和动力学、原子尺度的形核过程以及外延膜和衬底之间的相互作用。其次，回顾了偏压增强形核（BEN）方法，包括BEN设置、BEN工艺窗口、形核现象（主要发生在Ir衬底上）、离子轰击诱导形核机制和大面积高密度外延形核实现。第三，阐释了形核后的织构生长过程，包括晶界湮灭技术与机制、位错和应力降低技术。第四，总结了近年来异质外延金刚石在电子器件上的应用与性能指标，展示了其在未来电力和电子器件应用上的巨大潜力。最后，从几个方面展望了该领域的未来发展方向。

相关的成果以“Heteroepitaxy of diamond semiconductor on iridium: a review”为题，发表在Functional Diamond 杂志上。

文献信息：

Weihua Wang, Benjian Liu, Leining Zhang, Jiecai Han, Kang Liu, Bing Dai Jiaqi Zhu (2022) Heteroepitaxy of diamond semiconductor on iridium: a review, Functional Diamond, 2:1, 214-234,

DOI: 10.1080/26941112.2022.2162348

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通信作者

朱嘉琦，长江学者特聘教授、国家杰青、万人计划领军人才、哈尔滨工业大学航天学院长聘教授、博士生导师。装备发展部装备维修工程、系统可靠性领域专家，科工局科技创新领域专家，国防科技创新团队带头人。主要从事光电晶体、薄膜及器件研究，获得中国青年科技奖、省青年五四奖章等荣誉，担任装备发展部领域专家，发表 SCI 论文百余篇，近五年出版专著3部《低维度金刚石及其光电器件》，《碳光子学》，《红外增透保护膜材料》，发表论文180多篇，获国家授权发明专利 45 项，国家技术发明二等奖 1 项，省技术发明一等奖2项，中国专利金奖1项，黑龙江省专利金奖1项。先后主持国家自然科学面上/重点基金、国家973课题、国家重点研发计划、重大国际合作、国防基础科研、装备预研计划、军品配套等科研项目。担任中国材料研究学会极端材料与器件分会副主任、中国硅酸盐学会薄膜与涂层分会副理事长、中国仪表材料学会副理事长、中国机械工程学会表面工程分会副主任，中国表面工程、功能材料、低温与真空、人工晶体学报、材料科学与工艺、中国科技论文、Functional Diamond 等杂志编委。

来源：Functional Diamond