材料的气相沉积制备技术  051M3012H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科研讨课 | 任课教师:杨少延,汪连山
授课时间: 星期三, 第3、4节
授课地点: 教1-113
授课周次: 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
授课时间: 星期三, 第3、4节
授课地点: 教1-113
授课周次: 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
课程编号: 051M3012H 课时: 20 学分: 1.0
课程属性: 一级学科研讨课 主讲教师:杨少延,汪连山
英文名称: Materials Preparation Technology-- Vapor Deposition

教学目的、要求

本课程为材料学科各专业硕士生和博士生的专业选修课和研讨课,也可作为本科生的科普课。本课程为从事薄膜材料、纳米结构材料、半导体材料及半导体器件研究与技术开发的学生提供必要的专业基础知识。主要授课对象是材料学、信息技术、电子技术的学生,物理学和化学专业的学生也可选学。通过本课程不仅能够了解和掌握常用或最先进的薄膜材料、纳米结构材料及半导体单晶材料制备新技术新方法,还能够为各种新型半导体光电器件、电力电子器件、太阳电池器件、探测器与传感器器件的设计、制备及技术开发提供有益指导。内容包括:气相沉积工艺设备功能介绍、气相沉积工艺设备设计建造关键技术、异质外延衬底制备技术、材料物性研究与分析方法及典型半导体器件材料制备新技术新方法。

预修课程

大学普通物理、固体物理、半导体材料制备技术、半导体器件工艺、材料测试表征技术。

教 材

主要内容

第一章 气相沉积工艺设备功能介绍(4学时)
1、物理气相沉积工艺设备(1学时)。重点讲授分子束外延(MBE)、磁控溅射、脉冲激光沉积(PLD)、电子束蒸发、真空蒸发镀膜及物理气相传输(PVT)等工艺设备的工作原理、结构与功能特点、应用领域及技术发展现状。
2、离子束沉积工艺设备(1学时)。重点讲授低能离子束外延(IBE)、低能离子束辅助沉积、高能离子注入等工艺设备的工作原理、结构与功能特点、应用领域及技术发展现状。  
3、化学气相沉积工艺设备(2学时)。重点介绍金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、卤化物气相外延(HVPE)、等离子体辅助化学气相沉积(PE-CVD)、原子层沉积(ALD)等工艺设备的工作原理、结构与功能特点、应用领域及技术发展趋势。
第二章 气相沉积工艺设备设计建造关键技术(2学时)
     1、真空获取技术。重点讲授高真空与超高真空获取技术、真空密封技术、真空检测与监测技术;
2、原料气体配送技术。重点讲授金属原料气化技术、化合物原料气化技术、气体原料输运、气体原料流量控制与压强控制、分子束与离子束束形控制技术;
3、生长室流场与热场设计。重点讲授生长室原料气体流场、衬底加热装置、生长室热场的结构设计与功能改进方法。
     4、自动控制技术。简要介绍。
     5、尾气处理技术。简要介绍。
第三章  异质外延衬底制备技术(2学时)
     1、衬底表面处理技术。重点讲授衬底表面清洗技术(包括:化学清洗、真空烘烤清洗、离子束溅射清洗)、衬底表面处理技术(包括:衬底表面氮化与金属化处理、离子注入改性处理、晶面小角度斜切、晶面极性调整、掩膜图形制作、微纳结构图形制作、表面刻槽等。
2、缓冲层技术。重点讲授晶格匹配缓冲层、组分渐变缓冲层、应力补偿缓冲层的设计与制备;
     3、柔性中间层技术。重点讲授基于无支撑衬底模型的柔性衬底制备技术,如引入牺牲层、自分解解耦合层、二维材料解耦合层等,简要介绍基于超薄中间层衬底模型的柔性衬底制备技术,如引入晶格常数或热膨胀系数比衬底和外延层都大或都小的超薄中间层。
第四章 材料物性研究与分析方法(2学时)
    1、物相、组分及杂质研究与分析方法。简要介绍利用X射线衍射(XRD)、反射高能电子衍射(RHEED)、高分辨投射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)、卢瑟福背散射(RBS)、深能级瞬态谱、光致发光光谱(PL)等材料测试分析技术研究材料的物相、组分及杂质的分析方法。
    2、形貌与缺陷研究与分析方法。简要介绍利用电子显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、高分辨X射线衍射(HRXRD)、投射电镜(TEM)、高分辨投射电镜(HRTEM)、光致发光光谱(PL)等材料测试分析技术研究材料形貌与缺陷分析方法。
    3、应力研究与分析方法。简要介绍利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、光致发光光谱(PL)成像(mapping)、膜层弯曲度测试等材料测试分析技术分析材料应力的方法。
    4、光电性能研究与分析方法。简要介绍利用光致发光光谱(PL)、霍尔测试(Hall)、电化学C-V测试、电导率测试等材料测试分析技术研究材料光电性能的方法。
第五章 半导体器件制备新技术新方法研讨(10学时)
     1、GaN基LED器件制备新技术新方法。通过讲解利用MOCVD工艺和第三代半导体GaN材料研制短波长LED器件的国内外最新研究进展,总结分析出制约GaN基LED器件制备技术进步的重要关键科学技术问题(1学时)。研讨实现GaN基LED器件性能提升与成本降低制备的新技术新方法(1学时)。
    2、GaAs基量子点激光器器件制备新技术新方法。通过讲解利用MBE工艺和第二代半导体GaAs基量子点材料研制的大功率激光器器件的国内外最新研究进展,总结分析出制约GaAs基量子点激光器的材料制备技术进步重要关键科学技术问题(1学时)。研讨实现GaAs基量子点激光器性能提升的新技术新方法(1学时)。
3、高效太阳电池器件制备新技术新方法。通过讲解利用CVD工艺和第一、二、三代半导体材料研制高效太阳电池器件的国内外最新进展,总结分析出制约当前高效太阳电池器件的材料制备技术进步及成本降低的重要关键科学技术问题(1学时)。研讨实现高效太阳电池器件性能提升与低成本制备的新技术新方法(1学时)。
4、Ⅲ族氮化物光探测器与传感器器件制备新技术新方法。通过讲解利用MOCVD工艺和第三代半导体Ⅲ族氮化物材料纳米结构材料研制光探测器与传感器的国内外最新研究进展,总结分析出制约当前Ⅲ族氮化物光探测器与传感器器件的材料制备技术进步的重要关键科学技术问题(1学时)。研讨实现Ⅲ族氮化物光探测器与传感器器件性能提升的新技术新方法(1学时)。
     5、氮化铝单晶材料制备新技术新方法。通过讲解利用HVPE工艺或PVT工艺制备第三代半导体氮化铝单晶材料的国内外最新研究进展,总结分析出制约当前氮化铝单晶材料制备技术进步的关键科学技术问题(1学时)。研讨实现氮化铝单晶材料晶体质量提升与良品率提高的新技术新方法(1学时)。

参考文献