强磁场下宽禁带半导体薄膜制备及生长机理研究

化学气相沉积（CVD）宽禁带半导体薄膜（金刚石、c-BN等）是目前国际材料科学界研究的热点。但通常CVD方法制备得到的薄膜普遍存在表面粗糙、晶界杂乱、缺陷多、均匀性不好以及生长温度高等缺点，限制了CVD宽禁带半导体薄膜的广泛应用。. 本项目将超强磁场施加在CVD腔体中，利用强磁场对薄膜材料生长过程中的电子、离子以及反应活性基团产生极强的洛仑兹力和磁能作用，影响宽禁带薄膜的成核和生长。研究磁场强度、磁场梯度、磁场方向等对薄膜的质量、晶体结构、晶粒取向、晶粒尺寸、表面光洁度、沉积温度、沉积速率以及薄膜的光、电等性能的影响规律。揭示强磁场下宽禁带薄膜生长的机理，为低温下制备出高质量、高表面光洁度的宽禁带半导体薄膜开辟一条崭新的途径。

金刚石具有优异的力学、热学、光学和电学等性质，是目前国内外材料科学研究的热点之一。本项目将热丝辅助化学气相沉积（HFCVD）金刚石等宽禁带半导体薄膜材料的过程置于强磁场中进行，通过研究强磁场下薄膜制备技术，探索强磁场下金刚石薄膜的成核与生长机理，有望有效提高薄膜的生长速率，降低表面粗糙度，提高薄膜质量，降低生产成本。项目主要取得如下结果：.（1）设计并建立了一套在强磁场中制备金刚石膜的HFCVD小型装置，解决了强磁场下HFCVD装置腔体冷却难、磁场对电热丝存在干扰等问题。该设备的研制成功和运行开创了强磁场下金刚石薄膜制备研究的先河。.（2）研究了磁场参数，沉积参数对金刚石薄膜性能的影响。获得了强磁场下各工艺参数对金刚石薄膜晶粒度、表面粗糙度、生长速率等的影响规律。获得的金刚石薄膜晶粒尺寸小于40nm、粗糙度小于20nm，薄膜的沉积速率比未加磁场时提高约11%。.（3）通过对强磁场下金刚石膜生长规律的系统研究，探索了强磁场下金刚石薄膜的成核和生长机理，为获得结构和质量可控的金刚石膜提供理论依据。.（4）项目共发表论文9 篇，其中被SCI 收录4篇。申报国家发明专利6项（授权3 项）。培养了青年教师2名、博士生2名、硕士生3名。目前在读博士生1名、硕士生2名。