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近日，西安交大王宏興教授團隊采用微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）技術，首次在Ir（111）/藍寶石表面實現單晶金剛石（111）面的外延生長，并成功實現20×20 mm2（111）取向的異質外延單晶金剛石自支撐襯底。通過SEM、XRD以及EBSD表征，XRD（111）搖擺曲線半峰寬小于0.6°，證明金剛石（111）具有良好的單晶特征，達到世界領先水平。
氮化鎵（GaN）作為第三代半導體材料的典型代表，在禁帶寬度、擊穿場強、電子遷移率、熱導率、最高工作溫度等關鍵性能上更具優勢。GaN功率器件擁有高轉換效率、低導通損耗、高工作頻率、大帶寬以及高功率密度，已廣泛應用于通信、雷達、衛星、電力電子等領域。隨著器件向更小尺寸、更大功率和更高頻率的方向發展，器件結區尺寸減小，熱流密度大幅度增加，導致結溫急劇升高，嚴重限制了功率密度的進一步提升，甚至可導致器件的燒毀。以超高熱導率的金剛石材料作為熱沉，可有效地改善GaN基高功率電子器件的自熱效應。然而，鍵合技術會不可避免地在兩種晶圓界面處產生熱阻較高的無定形中間層，影響散熱，無法完全發揮金剛石在熱管理領域的巨大潛力。研發大面積、高質量單晶（111）金剛石襯底的研制就顯得迫在眉睫。
研究顯示，金剛石（111）單晶薄膜在Ir（111）/藍寶石表面隨外延生長時間的表面形貌，外延生長1小時后，形成了密集的六方結構單晶金剛石（111）連續薄膜。隨著外延生長的時間增加，六方結構的表面逐漸閉合成連續平整的薄膜。外延生長10小時后，形成了平坦的單晶金剛石（111）表面。金剛石（111）表面的EBSD測試圖譜結果顯示金剛石（111）面的晶向具有良好的均勻性。（111）面單晶金剛石的XRD測試結果顯示在20-125°的掃描范圍內只存在氧化鋁襯底，Ir（111）以及金剛石(111)峰，經過長時間生長后得到20×20×0.5 mm2的金剛石(111)自支撐襯底。金剛石（111）面搖擺曲線半高寬為0.6°，證明金剛石(111)面具有良好的單晶特征。
豫公網安備41019702003646號