[發(fā)明專利]一種硼酸鋅單晶作為半導(dǎo)體薄膜襯底的新用途

在審

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• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107829137A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林哲帥;姜興興;吳以成
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: C30B29/10
• 分類號: C30B29/10;H01L27/12
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硼酸鋅單晶的用途，尤其涉及一種硼酸鋅單晶作為半導(dǎo)體薄膜襯底的新用途。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體薄膜襯底材料是半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)中重要的材料，對材料與薄膜材料的晶體匹配度，透光性能，熱力學(xué)性質(zhì)具有很高的要求，目前最常用的有藍寶石和碳化硅。這些材料的具有很高的穩(wěn)定性，機械強度高等優(yōu)點。

硼酸鋅是一種環(huán)保型的非鹵素阻燃劑，無毒、低水溶性、高熱穩(wěn)定性、粒度小、比重小、分散性好等特點，作為一種高效阻燃劑被廣泛應(yīng)用在塑料、橡膠、涂料等領(lǐng)域。

將硼酸鋅單晶用作半導(dǎo)體薄膜襯底至今仍無相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種硼酸鋅單晶作為半導(dǎo)體薄膜襯底的新用途，所述硼酸鋅單晶在溫度和壓力變化下仍具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，另外，還具有較好的光學(xué)透過性，將其用作半導(dǎo)體薄膜襯底材料大大減少了制備半導(dǎo)體薄膜的成本，并且采用其作為襯底能夠得到具有優(yōu)異性能的半導(dǎo)體薄膜，本發(fā)明采用硼酸鋅單晶作為襯底，相比于藍寶石，由于硼酸鋅屬于立方晶系，更易于加工；相比于碳化硅，硼酸鋅的透光性能更優(yōu)越。

為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種硼酸鋅單晶的用途，所述硼酸鋅單晶屬于立方晶系、I-43m空間群結(jié)構(gòu)，化學(xué)式為Zn₄B₆O₁₃，單胞參數(shù)所述硼酸鋅單晶用作半導(dǎo)體薄膜襯底材料。

所述硼酸鋅單晶在298K的熱膨脹系數(shù)為3.5/MK。

優(yōu)選地，所述硼酸鋅單晶在298K的熱導(dǎo)率為30.5W/m·K。

優(yōu)選地，所述硼酸鋅單晶的體積模量為241GPa。

優(yōu)選地，所述硼酸鋅單晶的楊氏模量為267GPa。

優(yōu)選地，所述硼酸鋅單晶的剪切模量為104GPa。

優(yōu)選地，所述硼酸鋅單晶的維氏硬度為1304。

優(yōu)選地，所述硼酸鋅單晶的莫氏硬度為9。

優(yōu)選地，所述硼酸鋅單晶的透光范圍為217nm-3500nm。

本發(fā)明所述硼酸鋅單晶的制備可以參照現(xiàn)有技術(shù)公開的方法進行，比如參照如下文獻：

Jiang,X.X.；Molokeev,M.S.；Gong,P.F.；Yang,Y.；Wang,W.；Wang,S.H.；Wu,S.F.；Wang,Y.X.；Huang,R.J.；Li,L.F.；Wu,Y.C.；Xing,X.R.；Lin,Z.S.Adv.Mater.2016,28,7936-7940。

更優(yōu)選地，所述硼酸鋅單晶通過如下方法制備得到：

(1)將ZnO和B₂O₃的混合物加熱至800～850℃，保溫，得到硼酸鋅粉末；

其中，所述混合物中ZnO中的Zn元素和B₂O₃中的B元素的物質(zhì)的量之比符合所述硼酸鋅單晶中硼與鋅的化學(xué)計量比；加熱過程中，分別在300～350℃、450～500℃和650～700℃時研磨所述混合物；保溫過程中，每隔12～36h研磨所述混合物；

(2)將所述硼酸鋅粉末放入鉑金坩堝，置于晶體生長爐中，升溫至1000～1100℃，保溫，得到硼酸鋅熔體；之后降溫至960～990℃，將籽晶放至硼酸鋅熔體中，在攪拌條件下生長得到所述硼酸鋅單晶。

此優(yōu)選技術(shù)方案中，步驟(1)緩慢的加熱至800～850℃。

優(yōu)選地，步驟(1)所述加熱的溫度為800℃。

優(yōu)選地，步驟(1)所述加熱過程中，分別在300℃、500℃和700℃時研磨所述混合物。

優(yōu)選地，步驟(1)所述加熱時的升溫速率為1～3℃/min，升溫速率過高容易導(dǎo)致容易導(dǎo)致B₂O₃融化。

優(yōu)選地，步驟(1)所述保溫的時間為60～80h，優(yōu)選為72h，在此優(yōu)選的保溫時間72h條件下，更有利于反應(yīng)的充分進行。

優(yōu)選地，步驟(1)每隔24h研磨所述混合物。

優(yōu)選地，步驟(2)所述硼酸鋅粉末升溫至1000℃保溫。

優(yōu)選地，步驟(2)所述硼酸鋅熔體降溫至982℃，將籽晶放至硼酸鋅熔體中。

優(yōu)選地，步驟(2)所述升溫的升溫速率為3～5℃/min，優(yōu)選為5℃/min。

優(yōu)選地，步驟(2)所述保溫的時間為10-18h，優(yōu)選為12h，在此優(yōu)選的保溫時間12h條件下，更有利于熔體的充分混合。