人类社会步入21世纪以来,以半导体为核心的光电信息技术经历了爆炸式增长,这不仅改变了人们的生活方式,也为社会经济带来蓬勃的生机。氮化铝是第三代半导体的典型代表,具备优秀的光、声、电和机械特性,如宽带隙(6.2 eV)、高击穿场强、高热导率、耐高温及耐化学腐蚀等,因此在制备抗辐射、高频和大功率器件等领域有非常广阔的应用前景。大尺寸、高质量氮化铝晶体的制备是非常热门的研究课题。国际上公认最有效的制备方法是物理气相传输法(PVT法)。利用PVT法制备氮化铝晶体经过几十年的研究已取得不小突破,但是其工艺还无法实现大尺寸、高质量氮化铝单晶的制备。在氮化铝晶体生长的研究中,工艺的优化主要依赖于理论分析和实验数据对比。目前,各研究课题组主要采用手动或半自动的方式进行生长工艺的控制。但是由于制备氮化铝晶体的研究周期较长且实验数据量大,传统的生长控制方法存在数据记录不完整、数据管理不便和数据分析不到位等问题,不利于生长工艺的改进。本文为解决这些问题,研究了氮化铝晶体生长的优化工艺并开发了专用的实验记录及分析系统,具体包括以下两个方面:(1)优化工艺参数,研究工艺的改变对氮化铝晶体生长的影响。研究表明,影响氮化铝晶体生长的工艺参数包括温度梯度、生长环境氮气压强、生长温度和过饱和压等。本课题组设计了专用的晶体生长系统,由三区加热装置、真空装置、保护气体装置、温度探测器、气压探测器和冷却循环水系统等部分构成,并通过控制各部分装置实现所需工艺条件;对比研究了不同形态(晶须、晶针和块状晶体)氮化铝晶体的生长工艺条件,并借助光学显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪等对晶体进行表征实现数据积累,用于优化生长工艺。(2)建立完善的实验记录及分析系统。本文在晶体生长特性和已有设备的基础上,设计了面向AlN晶体生长的实验记录及分析系统。该系统实现了数据自动记录、实验归类统计、数据对比分析和远程控制等功能。具体的研究包括实现自动记录红外温度、炉内气压、加热器功率等实验数据;搭建数据关系模型和数据调度框架;实现系统调取和对比实验记录;搭建控制系统;实现远程控制信号传输。本文分析了影响氮化铝晶体生长的工艺参数,并设计了面向氮化铝晶体生长的实验记录及分析系统。该系统不仅实现了实时记录数据,还针对制备氮化铝晶体的工艺特点进行实验归类和结果统计。研究人员通过该系统能直观地了解到不同工艺参数对实验结果的影响,并做出最优的工艺调整,缩短研究周期。此外,该系统实现实时监控生长过程,不仅能节省人力成本、降低安全隐患,还能为以后工业化制备氮化铝晶体提供应用基础。