據(jù)交大新聞網(wǎng)早前消息，西安交通大學(xué)王宏興教授團(tuán)隊(duì)采用自主研發(fā)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石自支撐襯底的量產(chǎn)，這對(duì)于半導(dǎo)體器件全面提升性能，為國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)前沿領(lǐng)先原材料供給和技術(shù)發(fā)展提供了重要保障。“大尺寸單晶金剛石生產(chǎn)設(shè)備和高質(zhì)量單晶金剛石襯底的制備技術(shù)，是我們需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)，以打破國(guó)外的封鎖。” 王宏興說。

2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石自支撐襯底

異質(zhì)外延金剛石光學(xué)顯微鏡照片（a）放大100倍（b）放大500倍

10年前，我國(guó)在此方面的研發(fā)幾乎是空白，2013年作為西安交大引進(jìn)的國(guó)家級(jí)特聘專家人才王宏興組建西安交大寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件研究中心，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)科研人員開始攻關(guān)，歷經(jīng)10年潛心研發(fā)，目前已形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金剛石半導(dǎo)體外延設(shè)備研發(fā)、單晶/多晶襯底生長(zhǎng)、電子器件研制等系列技術(shù)，已獲授權(quán)48項(xiàng)發(fā)明專利。

王宏興教授（右三）與團(tuán)隊(duì)

王教授表示，“金剛石半導(dǎo)體具有超寬禁帶（5.45eV），高擊穿場(chǎng)強(qiáng)（10MV/cm）、高載流子飽和漂移速度、高熱導(dǎo)率（22 W/cmK）等材料特性，以及優(yōu)異的器件品質(zhì)因子。為此，采用金剛石襯底可研制高溫、高頻、大功率、抗輻照電子器件，克服器件的‘自熱效應(yīng)’和‘雪崩擊穿’等技術(shù)瓶頸，在5G/6G通信，微波/毫米波集成電路，探測(cè)與傳感等領(lǐng)域發(fā)展起到重要作用。”

王宏興團(tuán)隊(duì)采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)2英寸異質(zhì)外延單晶金剛石自支撐襯底的批量化，并通過對(duì)成膜均勻性、溫場(chǎng)及流場(chǎng)的有效調(diào)控，進(jìn)而提高了異質(zhì)外延單晶金剛石成品率。其襯底表面具有臺(tái)階流（step-flow）生長(zhǎng)模式，可降低襯底的缺陷密度，提高晶體質(zhì)量。XRD（004）、（311）搖擺曲線半峰寬分別小于91arcsec和111arcsec，各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)優(yōu)于國(guó)外最好的水平達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

XRD測(cè)試結(jié)果（a）（004）面搖擺曲線；（b）（311）面搖擺曲線；（c）（311）面四重對(duì)稱；（d）極圖

王宏興帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)攻關(guān)的同時(shí)還與國(guó)內(nèi)相關(guān)大型通信公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)相關(guān)研究所等開展金剛石半導(dǎo)體材料與器件研發(fā)應(yīng)用的廣泛合作，促進(jìn)了金剛石射頻功率電子器件、電力電子器件、MEMS等器件的實(shí)用性發(fā)展。利用金剛石特性，射頻功率電子器件可用于高頻、高功率、高溫、高輻射的應(yīng)用；電力電子器件可被設(shè)計(jì)用于控制和轉(zhuǎn)換大功率電能如電動(dòng)汽車和配電；MEMS可用于微小尺寸的機(jī)械元件和傳感器。據(jù)了解，王宏興團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的單晶金剛石器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)5G通訊、高頻大功率探測(cè)裝置產(chǎn)品中。

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