近日，西安交大王宏興教授團隊采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）技術(shù)，首次在Ir（111）/藍寶石表面實現(xiàn)單晶金剛石（111）面的外延生長，并成功實現(xiàn)20×20 mm2（111）取向的異質(zhì)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(lǐng)先水平。

       氮化鎵（GaN）作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，在禁帶寬度、擊穿場強、電子遷移率、熱導(dǎo)率、最高工作溫度等關(guān)鍵性能上更具優(yōu)勢。GaN功率器件擁有高轉(zhuǎn)換效率、低導(dǎo)通損耗、高工作頻率、大帶寬以及高功率密度，已廣泛應(yīng)用于通信、雷達、衛(wèi)星、電力電子等領(lǐng)域。隨著器件向更小尺寸、更大功率和更高頻率的方向發(fā)展，器件結(jié)區(qū)尺寸減小，熱流密度大幅度增加，導(dǎo)致結(jié)溫急劇升高，嚴(yán)重限制了功率密度的進一步提升，甚至可導(dǎo)致器件的燒毀。以超高熱導(dǎo)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(yīng)。然而，鍵合技術(shù)會不可避免地在兩種晶圓界面處產(chǎn)生熱阻較高的無定形中間層，影響散熱，無法完全發(fā)揮金剛石在熱管理領(lǐng)域的巨大潛力。研發(fā)大面積、高質(zhì)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(jié)構(gòu)單晶金剛石（111）連續(xù)薄膜。隨著外延生長的時間增加，六方結(jié)構(gòu)的表面逐漸閉合成連續(xù)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(jié)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(jié)果顯示在20-125°的掃描范圍內(nèi)只存在氧化鋁襯底，Ir（111）以及金剛石(111)峰，經(jīng)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。