氮化镓外延生长表层温度在线监测方法研究及实现

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1、■４各斗寺成Ａ葦ＵＮＩＮＡＩＶ巨ＲＳＩＴＹＯＦ巨ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩ巨ＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ．．．，７；；０＾公－．记記＂Ｖｖ確与异论文题园氮化緣外延生长表层溫度在线路测方法阱究及实现？学科专业机械工程学号２０１３２１１７０２０１作者姓名陈磊指导教师王超教授—独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含

2、其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。‘？／？＾＾作者签名：俏磊１日期：；年：＾月如日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查飼和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、，可Ｗ采用影印缩印或扫描？等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密应遵守此规定）

3、后＂竹爲签：：仪作者名导师签名＾Ｃ：年月日日期分类号密级注1UDC(题名和副题名)(作者姓名)指导教师(姓名、职称、单位名称)申请学位级别学科专业提交论文日期2016.03.18论文答辩日期2016.05.17学位授予单位和日期20166答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchandImplementationofSurfaceTemperatureMonitoringDuringtheGalliumNitrideEpitaxialGrowthAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicS

4、cienceandTechnologyofChinaMajor:MechanicalEngineeringAuthor:ChenLeiSupervisor:Prof.WangChaoSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要氮化镓是III/V族直接带隙半导体晶体，其在蓝光和紫光发射器件的研发领域起到了极大的促进作用。其在光电子、高频微波器件和功率电子器件应用方面前景十分美好。金属有机化合物气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，MOCVD)方法是最新一代化合物半导体器件

5、制造的技术，MOCVD设备因其外延半导体器件的优良的品质和量产能力在工业上得到广泛的应用。由于近红外波长可透过氮化镓材料，故MOCVD设备外延生长氮化镓材料时，常用的红外测温仪只能测量外延片底部Pocket温度。但在外延生长量子阱对温度特别敏感，因此如何精确测量外延片表面温度有着重要的研究意义。本文对氮化镓外延生长表层温度在线监测方法做了详细的研究并设计测量仪器实现，主要研究内容如下：(1)分析了各种温度测量方法，根据氮化镓的材料特性选择采用测量近紫外波段热辐射强度方法进行氮化镓表层温度测量。研究微弱信号的测量方法以及根据信号与噪声的特点，寻找去除背景噪声的方法。(2)根据MOCVD设备

6、结构特点，设计了氮化镓外延生长表层温度在线监测系统。通过垂直入射式探头光学和机械结构设计为其它在线监测设备安装节约了空间。同时通过抗振动与光路探头的大视场设计使得探头角度倾斜1°范围内，反射信号强度变化在2%以内。(3)在电路中实现了光电倍增管放大倍数控制与LED光源恒功率控制，光电倍增益管同时实现热辐射与反射率的测量。通过软件系统设计了针对不同温度条件下采用与当前温度对应条件下的光电倍增管信号放大倍数与LED光源的功率切换，使LED光源的反射光信号与当前温度下的热辐射信号强度处于相等数量级并有较强的输出信号。(4)对温度测量方法理论设计出的温度监测系统进行实验验证以及现场测试。通过实验

7、结果分析，得到该温度监测系统温度测量范围在750~1200℃，重复性在1℃以内；低温段(750~870℃)范围内温度测量不确定度为3℃；高温段(870~1200℃)内温度测量精度在1℃以内时温度测量不确定度为0.5℃。其中1000℃以上时温度测量不确定度低于0.2℃。本文设计的氮化镓外延生长表层温度监测系统实现了氮化镓表层温度的测量，并用于中微半导体自主研发的PrismoD-Blue®485MOCVD机台测试验证。关键词：MOCVD