本發(fā)明涉及氮化鋁單晶基板相關(guān)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化鋁單晶基板的制備方法。

背景技術(shù)：

1、氮化鋁單晶基板是一種由高純度氮化鋁材料制成的單晶體基板，具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率、電絕緣性和高機械強度，常用于高功率電子器件、光電子器件和微波器件的制造中，它能夠提供穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，有助于提高器件的性能和耐用性，尤其是在高溫、高壓等極端環(huán)境下。氮化鋁單晶基板還因其與其他半導(dǎo)體材料（如氮化鎵）的良好匹配性，在功率半導(dǎo)體和射頻器件中廣泛應(yīng)用。

2、現(xiàn)有專利申請?zhí)枮椋篶n201780015442.5的一種氮化鋁單晶基板的制造方法，其包括：準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備由氮化鋁單晶形成的基底基板；生長工序，通過在該基底基板的主面上生長厚度500μm以上的氮化鋁單晶層從而得到層疊體；分離工序，切割該層疊體的氮化鋁單晶層部分，使層疊體分離成層疊有氮化鋁單晶層的至少一部分的薄膜的基底基板及除此之外的氮化鋁單晶層部分；再生研磨工序，對層疊有該薄膜的基底基板的薄膜的表面進行研磨；以及循環(huán)工序，將該再生研磨工序中得到的由氮化鋁單晶形成的再生基底基板作為在其研磨表面上生長氮化鋁單晶的基底基板使用。

3、上述專利和現(xiàn)有技術(shù)在實際使用過程中存在以下問題：為單面生長，生長速度較慢，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，同時，晶體容易因溫度控制不均勻產(chǎn)生應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)缺陷，影響基板的質(zhì)量和性能；并且在后處理的打磨過程中，為人工或者半自動操作，耗費人力，影響工作效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，為了解決上述不足，本發(fā)明提供一種氮化鋁單晶基板的制備方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種氮化鋁單晶基板的制備方法，具體步驟如下：

3、s1設(shè)備準(zhǔn)備：高溫爐：感應(yīng)加熱爐或電阻加熱爐，工作溫度范圍為?1800°c?至2000°c，坩堝設(shè)計：采用上下對稱結(jié)構(gòu)的高純石墨或氮化硼坩堝，溫度梯度控制：在晶體生長區(qū)設(shè)置上下兩個溫度梯度，氣體控制系統(tǒng)：確保高純度氮氣的供應(yīng)，氮氣純度為99.999%，流速為?10-30?sccm；

4、s2材料準(zhǔn)備：高純鋁源：aln粉末，純度≥99.999%，氮氣源：高純氮氣，用于提供反應(yīng)氛圍；

5、s3反應(yīng)器設(shè)計與雙向生長環(huán)境：采用上下對稱的雙坩堝結(jié)構(gòu)，在坩堝上下分別放置晶種aln粉末，使氮化鋁晶體在上下兩個方向生長，溫度梯度：上部生長區(qū)溫度：1800°c至2000°c，下部生長區(qū)溫度：1700°c至1900°c，溫度梯度：保持?30-50°c/cm；

6、s4晶體生長步驟：

7、a.初期準(zhǔn)備：裝載原料-真空處理-引入氮氣；b.晶體生長過程：加熱升溫-雙向生長；c.降溫與收尾：緩慢降溫-晶體切割；

8、s5后處理：采用打磨輔助裝置完成，打磨過程中采用粗研磨和精細拋光，結(jié)合氧化鈰拋光液進行機械拋光處理；

9、s6質(zhì)量檢測：進行x射線衍射，檢查晶體結(jié)構(gòu)，確保晶體的單晶質(zhì)量，確定無顯著晶格缺陷。

10、優(yōu)選的，s4中所述的晶體生長步驟，具體步驟如下：

11、a.初期準(zhǔn)備：裝載原料：將高純aln粉末放入石墨坩堝的中間反應(yīng)區(qū)，上下放置晶種，確保其與氣相反應(yīng)區(qū)保持距離為10-15?mm；真空處理：將反應(yīng)器抽真空至?10^(-5)?至10^(-4)?torr，以去除反應(yīng)器內(nèi)的氧氣和水分；引入氮氣：通過氮氣引入系統(tǒng)，維持氮氣流量在?10-30?sccm，確保均勻的氮氣供應(yīng)；

12、b.晶體生長過程：加熱升溫：按?5°c/min?的速率升溫至?1800°c，確保鋁與氮氣反應(yīng)生成aln氣相物質(zhì)，上部和下部的生長區(qū)溫度應(yīng)分別控制在?1800-2000°c?和?1700-1900°c，溫度梯度從晶體生長中心向上下擴散；雙向生長：通過溫度梯度使氣相aln分別向上下兩個方向輸運，沿晶種表面沉積并生長，aln在兩個方向上同時生長，并保持晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，控制生長速率為?0.2-0.5?mm/h，通過調(diào)節(jié)氮氣流速和溫度梯度實現(xiàn)；生長時間：晶體生長時間為?50至100小時；

13、c.降溫與收尾：緩慢降溫：生長結(jié)束后，以?3-5°c/min?的速率緩慢降溫至室溫；晶體切割：利用激光切割將晶體切割為單晶基板，厚度為?200-500微米。

14、優(yōu)選的，所述打磨輔助裝置包括用于進行防護的防護倉、設(shè)于防護倉下端用于對基板進行打磨的打磨帶、設(shè)于打磨帶頂部用于對基板進行夾持和調(diào)節(jié)的輔助調(diào)節(jié)機構(gòu)以及設(shè)于防護倉內(nèi)上端用于對基板進行清潔的輔助清潔機構(gòu)。

15、優(yōu)選的，所述輔助調(diào)節(jié)機構(gòu)包括兩組相對設(shè)置的底板、設(shè)于兩組底板之間的固定桿、設(shè)于左端底板頂部的輔導(dǎo)軌、安裝在右端底板頂部的主導(dǎo)軌、設(shè)于主導(dǎo)軌和輔導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)的壓固機構(gòu)、設(shè)于右端底板頂部右端的固定座、設(shè)于固定座右側(cè)的第一電機、連接第一電機輸出軸且置于固定座左側(cè)的擺桿、連接擺桿另一端的連桿以及設(shè)于壓固機構(gòu)外側(cè)的滑塊，所述連桿內(nèi)側(cè)貫穿主導(dǎo)軌連接壓固機構(gòu)，所述底板安裝在打磨帶頂部。

16、優(yōu)選的，所述輔導(dǎo)軌呈倒t型狀，主導(dǎo)軌下端呈倒t形狀，上端呈倒y型狀，主導(dǎo)軌與輔導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)均開設(shè)有導(dǎo)槽，所述滑塊活動嵌入至主導(dǎo)軌內(nèi)部的導(dǎo)槽中，并且在輔導(dǎo)軌內(nèi)部也通過另一組滑塊連接另一組壓固機構(gòu)。

17、優(yōu)選的，所述主導(dǎo)軌下端前后位置開設(shè)有放置槽，連桿置于放置槽內(nèi)部。

18、優(yōu)選的，所述壓固機構(gòu)包括用于進行防護且外側(cè)連接滑塊的外殼、設(shè)于外殼內(nèi)側(cè)的壓板、連接壓板內(nèi)側(cè)且置于外殼內(nèi)部的連接塊、設(shè)于外殼內(nèi)部與連接塊相抵的凸輪、設(shè)于凸輪中部的連接軸，連接軸底部與外殼底部進行轉(zhuǎn)動連接以及設(shè)于外殼上端且連接凸輪的螺栓。

19、優(yōu)選的，所述輔助清潔機構(gòu)包括安裝在防護倉內(nèi)頂部的頂座、設(shè)于頂座底部左端的第二電機、連接第二電機輸出軸的轉(zhuǎn)動桿、與轉(zhuǎn)動桿另一端進行鉸接的拉桿、鉸接于拉桿另一端的滑動塊、設(shè)于滑動塊前端的導(dǎo)向件、連接導(dǎo)向件上端的銜接件、連接銜接件前端面上端的托板、設(shè)于托板外側(cè)四端的嵌入桿、接觸嵌入桿且安裝在防護倉內(nèi)頂部的托座、開設(shè)于托板前端的注入口以及設(shè)于托板底部的噴灑板。

20、優(yōu)選的，所述導(dǎo)向件中部開設(shè)有滑槽，滑槽內(nèi)上端與銜接件相接，所述銜接件下端設(shè)置有凸柱，凸柱活動嵌入至滑槽內(nèi)部。

21、優(yōu)選的，所述頂座下端開設(shè)有供滑動塊活動嵌入的條形槽。

22、本發(fā)明的有益效果：

23、本發(fā)明通過采用雙向生長法制備氮化鋁單晶基板的優(yōu)點在于，它能顯著提高晶體生長速度，可達?1.0-1.5?mm/h，同時通過上下溫度梯度控制，實現(xiàn)晶體在兩個方向上的均勻生長，從而減少應(yīng)力集中和缺陷生成，該方法不僅提高了基板的生產(chǎn)效率，還能優(yōu)化晶體質(zhì)量，確保其具備優(yōu)良的機械、熱學(xué)和光學(xué)性能，適用于高性能電子器件的制造。

24、本發(fā)明通過在后處理步驟中采用打磨輔助裝置完成，在裝置內(nèi)設(shè)置有輔助調(diào)節(jié)機構(gòu)，輔助調(diào)節(jié)機構(gòu)下方對應(yīng)打磨帶，該機構(gòu)可對基板進行夾持以及進行角度位置調(diào)節(jié)，方便打磨帶的打磨，無需人工進行調(diào)節(jié)；并且在裝置上端安裝有對應(yīng)輔助調(diào)節(jié)機構(gòu)的輔助清潔機構(gòu)，輔助清潔機構(gòu)可匹配調(diào)節(jié)過程中進行基板進行高效噴灑清潔工作，自動化操作，有效提高工作效率，且適用性強。