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电动汽车驱动 宽禁带半导体 ★ 4.0

退火对超宽禁带h-BN准体单晶结晶质量及器件性能的影响

Annealing effects on crystalline quality and device performance of ultrawide bandgap h-BN quasi-bulk crystals

作者 De Santi
期刊 Applied Physics Letters
出版日期 2025年1月
卷/期 第 126 卷 第 20 期
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 宽禁带半导体
相关度评分 ★★★★ 4.0 / 5.0
关键词 六方氮化硼 固态中子探测器 氢化物气相外延 高温退火 结晶性
语言:

中文摘要

六方氮化硼(h-BN)作为典型的超宽禁带半导体,因其独特的层状晶体结构和优异的电学与光学特性,在固态中子探测器等领域具有重要应用。实现高探测效率需要厚且高质量的晶体以增强中子相互作用与载流子收集。尽管氢化物气相外延(HVPE)法可制备厚而均匀的h-BN准体单晶,但其快速生长易引入结构缺陷,影响结晶质量。本研究系统探讨了生长后高温退火(高达1900 °C)对1 mm厚HVPE-grown h-BN晶体的影响。X射线衍射结果表明,随着退火温度升高,结晶质量显著提升,材料电阻率增加,载流子迁移率-寿命乘积明显改善。基于1900 °C退火样品制备的中子探测器表现出更优的电学性能。

English Abstract

Hexagonal boron nitride (h-BN) is a notable member of ultrawide bandgap semiconductors, distinguished by its unique layered crystalline structure and exceptional electrical and optical properties. One of the established and important device applications of h-BN lies in solid-state neutron detectors. Achieving high detection efficiency requires thick, high-quality crystals to maximize neutron interactions and charge carrier collection. While hydride vapor phase epitaxy (HVPE) excels at growing thick, uniform h-BN films (quasi-bulk wafers), its high growth rate can compromise crystallinity by introducing structural defects. This study investigates the impact of post-growth high-temperature annealing (up to 1900 °C) on 1 mm thick HVPE-grown h-BN. X-ray diffraction confirmed significant improvements in crystallinity with higher annealing temperatures, leading to increased resistivity and an enhanced charge carrier mobility-lifetime product. A detector fabricated from h-BN annealed at 1900 
S

SunView 深度解读

该h-BN超宽禁带半导体退火工艺研究对阳光电源功率器件应用具有重要参考价值。研究揭示的高温退火改善结晶质量、提升载流子迁移率-寿命乘积的机理,可借鉴至SiC/GaN功率器件的制造工艺优化中。在ST储能变流器和SG光伏逆变器的功率模块设计中,通过优化宽禁带器件的热处理工艺,可降低缺陷密度、提升器件耐压与开关特性,从而提高系统效率和可靠性。特别是在1500V高压系统和三电平拓扑应用中,高质量宽禁带器件能有效降低开关损耗,提升功率密度,为新能源汽车驱动系统和大功率储能系统的性能突破提供技术路径。