氮化鋁單晶拋光片標(biāo)準(zhǔn)立項研究報告EnglishTitle:ResearchReportontheStandardizationProjectofAluminumNitrideSingleCrystalPolishedWafers摘要近年來，以氮化鋁（AlN）為代表的超寬禁帶半導(dǎo)體材料在基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)政策層面受到廣泛關(guān)注。AlN單晶拋光片作為高性能半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，在紫外光電探測、高功率微波器件、深紫外LED及電力電子等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，國內(nèi)AlN單晶材料在質(zhì)量一致性、量產(chǎn)穩(wěn)定性及標(biāo)準(zhǔn)化程度方面仍與國外先進水平存在差距，亟需通過標(biāo)準(zhǔn)化推動技術(shù)提升和產(chǎn)業(yè)協(xié)同。本報告圍繞氮化鋁單晶拋光片標(biāo)準(zhǔn)的立項背景、技術(shù)內(nèi)容與行業(yè)意義展開系統(tǒng)論述。報告指出，制定該標(biāo)準(zhǔn)旨在統(tǒng)一AlN拋光片的技術(shù)要求、檢測方法與質(zhì)量評價體系，涵蓋表面質(zhì)量、幾何尺寸、結(jié)晶質(zhì)量、缺陷密度等核心指標(biāo)，并規(guī)范其包裝、運輸及貯存要求。該標(biāo)準(zhǔn)的建立將為企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)驗收和用戶選型提供科學(xué)依據(jù)，對提升我國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈自主可控能力與國際競爭力具有重要戰(zhàn)略意義。關(guān)鍵詞氮化鋁單晶；拋光片；超寬禁帶半導(dǎo)體；標(biāo)準(zhǔn)化；襯底質(zhì)量；X射線衍射；位錯密度Keywords:AluminumNitrideSingleCrystal;PolishedWafer;Ultra-WideBandgapSemiconductor;Standardization;SubstrateQuality;X-RayDiffraction;DislocationDensity正文一、立項背景與意義超寬禁帶半導(dǎo)體材料因其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，成為新一代信息技術(shù)、新能源、高端裝備等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)材料。氮化鋁（AlN）作為直接帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度高達6.2eV，具備極高的擊穿電場（>10MV/cm）、高熱導(dǎo)率（約320W/m·K）以及良好的紫外透過率和化學(xué)穩(wěn)定性，因此在紫外探測器、高頻率微波功率器件、深紫外發(fā)光二極管（UV-LED）和高功率電子器件中具有不可替代的作用。國家層面高度重視AlN材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化?？萍疾坑?017年設(shè)立“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項，明確提出“高質(zhì)量AlN單晶襯底制備技術(shù)”研究方向；2022年國家自然科學(xué)基金委和信息學(xué)部進一步將“高透過率大尺寸氮化鋁單晶襯底制備”列為重點項目指南；同年科技部“新型顯示與戰(zhàn)略性先進電子材料”專項中也明確支持“AlN單晶襯底制備和同質(zhì)外延關(guān)鍵技術(shù)”攻關(guān)。這些政策舉措充分體現(xiàn)了AlN材料在國家科技戰(zhàn)略布局中的重要地位。目前，中國電子科技集團公司第四十六研究所、奧趨光電技術(shù)有限公司等國內(nèi)單位已初步實現(xiàn)1至2英寸AlN單晶的小批量供應(yīng)，并逐步開展與器件單位的合作研發(fā)與樣片驗證。然而，與國際領(lǐng)先企業(yè)（如日本德山、美國CrystalIS等）相比，國內(nèi)產(chǎn)品在晶體結(jié)晶質(zhì)量、表面加工水平、批次一致性和產(chǎn)能規(guī)模方面仍存在明顯差距。缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量評價體系，已成為制約材料推廣應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的關(guān)鍵瓶頸。因此，制定《氮化鋁單晶拋光片》標(biāo)準(zhǔn)，明確其技術(shù)參數(shù)、檢測方法和質(zhì)量要求，不僅可為科研、生產(chǎn)與應(yīng)用單位提供共同遵循的技術(shù)依據(jù)，還能促進工藝優(yōu)化與質(zhì)量提升，推動AlN基器件在國防、能源、通信等高端領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，增強我國在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的核心競爭力和產(chǎn)業(yè)安全性。二、范圍與主要技術(shù)內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)適用于光電探測器件、微波功率器件用氮化鋁單晶拋光片的產(chǎn)品質(zhì)量控制和驗收評價。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容涵蓋以下幾個方面：1.產(chǎn)品技術(shù)要求-幾何特性：包括拋光片的直徑、厚度、厚度偏差、總厚度變化（TTV）等尺寸參數(shù)；-表面質(zhì)量：要求拋光片表面無劃痕、凹坑、污染和裂紋，表面粗糙度（Ra）通常需控制在納米級別；-結(jié)晶質(zhì)量：通過X射線衍射（XRD）搖擺曲線半高寬（FWHM）評估單晶結(jié)晶完整性，典型值需優(yōu)于100arcsec；-缺陷密度：明確位錯密度、點缺陷等微觀缺陷的容許上限；-光學(xué)與電學(xué)性能：包括紫外透過率、電阻率、載流子濃度等參數(shù)（依應(yīng)用場景可選）。2.檢驗方法規(guī)定各項技術(shù)指標(biāo)的檢測方法與儀器設(shè)備要求。例如：-表面粗糙度采用原子力顯微鏡（AFM）或白光干涉儀測量；-結(jié)晶質(zhì)量通過高分辨率X射線衍射儀（HR-XRD）進行表征；-位錯密度可通過腐蝕坑法（EPD）或陰極熒光（CL）成像技術(shù)評定。3.包裝、貯存與運輸規(guī)范明確產(chǎn)品在潔凈包裝、防震防護、環(huán)境溫濕度控制等方面的要求，避免拋光片在儲運過程中受到污染或機械損傷。4.隨行文件與訂貨單信息規(guī)定產(chǎn)品交付時應(yīng)提供的技術(shù)文件內(nèi)容，如檢測報告、晶體生長工藝摘要、質(zhì)量一致性證書等，確保終端用戶可追溯并驗證產(chǎn)品質(zhì)量。三、參與單位介紹：中國電子科技集團公司第四十六研究所中國電子科技集團公司第四十六研究所（以下簡稱“46所”）作為國內(nèi)寬禁帶半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的領(lǐng)軍單位，長期致力于氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）及氮化鋁（AlN）等第三代半導(dǎo)體材料的研發(fā)與工程化應(yīng)用。該所具備完整的晶體生長、晶圓加工與檢測分析平臺，在AlN單晶生長技術(shù)方面突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，成功開發(fā)出直徑2英寸的AlN單晶襯底，并實現(xiàn)小批量供貨。46所牽頭或參與了多項國家級科研項目，包括“戰(zhàn)略性先進電子材料”專項和自然科學(xué)基金重點項目，在晶體缺陷控制、襯底拋光工藝和外延匹配性等方面積累了豐富經(jīng)驗。其技術(shù)團隊在國內(nèi)外高水平期刊發(fā)表多篇論文，并擁有二十余項相關(guān)發(fā)明專利。此次參與AlN單晶拋光片標(biāo)準(zhǔn)制定，46所將依托其技術(shù)優(yōu)勢與產(chǎn)業(yè)實踐經(jīng)驗，為核心參數(shù)的確定和檢測方法的規(guī)范提供關(guān)鍵支持。結(jié)論與展望氮化鋁單晶拋光片標(biāo)準(zhǔn)的制定是推動我國超寬禁帶半導(dǎo)體材料從技術(shù)研發(fā)走向規(guī)?；瘧?yīng)用的重要一環(huán)。該標(biāo)準(zhǔn)將通過統(tǒng)一技術(shù)門檻和質(zhì)量要求，促進材料企業(yè)優(yōu)化工藝、提升產(chǎn)品一致性，同時為器件廠商提供可靠的材料選擇和驗收依據(jù)，最終推動AlN基高端器件在紫外探測、5G通信、電力電子等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。未來，隨著生長技術(shù)的進步與標(biāo)準(zhǔn)體系的完善，AlN單晶拋光片將向大尺寸、低缺陷、高效率方向發(fā)展，并與GaN-on-AlN、AlScN等新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料相結(jié)合，進一步拓展其在高頻、高功率、高溫工作環(huán)境下的應(yīng)用潛力。建議持續(xù)加強產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，跟進國際標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)，推動中國標(biāo)準(zhǔn)與國際先進水平接軌，助力我國在全球?qū)捊麕О雽?dǎo)體競爭中占據(jù)主動地位。參考文獻[1]科技部.《“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項實施方案》[Z].2017.[2]國家自然科學(xué)基金委員會.《2022年度項目指南》[Z].2022.[3]ZhuangD,etal.ProgressinAlNcrystalgrowthan