一种砷化镓超薄衬底及应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106702492A(43)申请公布日2017.05.24(21)申请号201710102563.5(22)申请日2017.02.24(71)申请人江西德义半导体科技有限公司地址344000江西省抚州市金柅大道198号创业园A7栋3楼(72)发明人易德福守建川(74)专利代理机构苏州国诚专利代理有限公司32293代理人韩凤(51)Int.Cl.C30B29/42(2006.01)C30B11/00(2006.01)C30B33/00(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图1页(54)发明名称一种砷化镓超薄衬底及应用(57)摘要本发明公开了一种砷化镓超薄衬底及应用，所述砷化镓超薄衬底的形状为正六边形，所述砷化镓超薄衬底的内部包括至少两个边长依次减小的多孔正六边形，呈窝蜂状。其加工方法为材料提纯、多晶料制备、晶体生长、切片、磨边、研磨、腐蚀、粗抛和精抛、清洗、光刻腐蚀，该超薄砷化镓衬底应用于热核电池，可有效增强热核电池对放射源辐射能量的吸收效果，提高转换效率，电池输出的电压和电流可达到0-4V、0.8-2A。CN106702492ACN106702492A权利要求书1/1页1.一种砷化镓超薄衬底，其特征在于：所述砷化镓超薄衬底的形状为正六边形，所述砷化镓超薄衬底的内部包括至少两个边长依次减小的多孔正六边形，呈窝蜂状。2.权利要求1所述的砷化镓超薄衬底在热核电池中的应用。2CN106702492A说明书1/7页一种砷化镓超薄衬底及应用技术领域[0001]本发明半导体材料技术领域，尤其涉及一种砷化镓超薄衬底及应用。背景技术[0002]半导体材料被广泛的应用于热核电池能量转换材料的研究当中，随着半导体材料加工制造技术的提高，使得热核电池的实际应用成为可能。半导体材料制造的热核电池的能量转换效率较高，在输出同样的功率时，可以使用较少的放射性同位素原料，大大减少电池的重量和成本。单晶硅是最早也是最成熟的半导体材料，但是硅材料禁带宽度小，电池的能量转换效率较低。[0003]砷化镓是一种重要的第三代半导体材料，属Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，其不仅具有优异的温度特性和抗辐射特性，而且禁带宽度大，电子迁移率比硅大5～6倍。使用超薄砷化镓衬底作为热核电池能量转换材料，可以得到比运用硅基材料更高的开路电压和能量转换率，电池输出的电压和电流可达到5V1.5A。[0004]由于砷化镓晶片材料本身强度有限，对超薄晶片生产工艺有着较高的要求。目前普遍采用化学机械抛光技术对砷化镓晶片进行过度抛光，单次抛光厚度减薄量保守在10μm以上，且在加工过程中容易发生破损，造成大量材料浪费，生产成本较高。[0005]采用传统加工工艺，砷化镓晶片在各方面技术指标均达不到理想状态，与国际领先水平有差距，影响其能量转换效率。发明内容[0006]基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种砷化镓超薄衬底，所述砷化镓超薄衬底的形状为正六边形，所述砷化镓超薄衬底的内部包括至少两个边长依次减小的多孔正六边形，呈窝蜂状。[0007]其加工方法如下：[0008]1)材料提纯：用西门子法对工业级砷高精度的提纯，得到6N-8N超纯砷原料；通过碱性电解-连续结晶-单晶直拉过程对工业级镓进行提纯，得到6N-8N超纯镓；[0009]2)砷化镓多晶料制备：使用超纯砷、超纯镓多晶合成，得到砷化镓多晶料；[0010]3)晶体生长：采用砷化镓VGF&VB(垂直梯度凝固法&垂直布里奇曼法)单晶生长工艺，制得晶棒；[0011]4)切片：使用多线切割机将晶棒切割出一定厚度的薄片；[0012]5)磨边：采用全自动磨边机对晶片进行磨边，边缘粗糙度Ra为1.9nm；[0013]6)研磨：用研磨机，采用研磨液对晶片进行研磨，晶片TTV小于5μm；[0014]7)腐蚀：用腐蚀液对晶片进行腐蚀；[0015]8)粗抛和精抛：采用非接触式全自动超薄晶片上蜡、下蜡、化蜡机进行粗抛和精抛处理，具体操作规程为：[0016]S1：在下列上蜡参数下，陶瓷盘加热至110℃-115℃，陶瓷盘转速为1450～2060r/3CN106702492A说明书2/7页min，滴蜡时间为7-16s，烘烤时间为20-30s，将晶片粘贴在上蜡机陶瓷盘上；[0017]S2：使用抛光机，定盘转速为26-94r/min，抛光头转速为26-94r/min，抛光液流量为1.5-6.6mL/min，抛光时间为8-22min，抛光压力为180-200kg，对晶片进行粗抛处理；[0018]S3：通过四个步骤进行化蜡、下蜡，分别为：热水、纯水、一次IPA、二次IPA进行冲洗，二次IPA温度为78℃-85℃；[0019]S4：重复上诉步骤进行精抛处理，直至砷化镓衬底表面粗糙度低于0.3nm、平坦度低于5