[发明专利]一种氮化硅单晶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氮化硅单晶及其制备方法与应用。所述制备方法包括：采用外延生长的方法在SiC衬底上直接外延生长作为插入层的多层石墨烯，制得石墨烯/SiC衬底；以及，将所述石墨烯/SiC衬底置于外延生长设备的反应腔室中，向所述反应腔室内通入气相氮源并进行外延生长，从而制得氮化硅单晶。本发明制备氮化硅单晶的方法无需额外加入硅源，步骤简单，操作安全，可与石墨烯一起进行剥离和转移；同时本发明制备的氮化硅单晶颗粒均一性高，质量良好，残余应力小。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种氮化硅单晶及其制备方法与应用。

背景技术

氮化硅材料具有优良的高温性能，如高强度、高硬度、良好的耐磨性、抗热震性和抗氧化等能力，还具有耐腐蚀、化学稳定性高等特性，广泛应用于冶金耐火、航天航空、陶瓷复合材料领域。并且类似于GaN和AlN等III-N族化合物，氮化硅也是一种宽带隙的半导体(5.3eV)，具有很高的掺杂水平，可通过掺杂等手段降低其能带调控其电学和光学性能，从而制备出能在高温和高辐射环境下使用的电子器件。

纳米结构具有尺寸小、比表面积大、比表面能高等特点，同时具有三大效应-表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而在光电学和力学等方面表现出一般材料所不具备的诸多特性。氮化硅纳米材料由于兼具了氮化硅材料的高比强、高比模、耐高温、抗氧化、抗辐射和禁带宽度宽(约5.3eV)等本征特性以及纳米材料独特的性能，可作为一种优良的“结构-功能一体化”宽禁带半导体材料，广泛应用于复合材料、纳米器件等领域。如，氮化硅纳米颗粒可以当作添加剂加入到塑料或涂料中，使它们的力学强度及耐磨损性得到很大的提高，并且还可以降低它们的摩擦系数。

石墨烯作为最早进入大众视野的二维材料，因其自身优异的物理化学性质，如高电子迁移率、高热导率和高机械强度等，被应用于许多领域，诸如高电子迁移率器件、超柔性器件及陶瓷复合材料中。研究表明，在氮化硅复合材料中加入适当的石墨烯可以有效提高其力学性能，如断裂韧性、弹性模量及耐磨性；在氮化硅中添加石墨烯相也有可能显著改善电学性能，增加其电导率，并允许其通过电蚀加工成各种复杂部件，应用于微电子机械系统。