铝酸镁（MgAl2O4）-薄膜衬底

化学组成与结构

• 化学式：MgAl2O4
• 晶体结构：属于立方晶系，具有尖晶石结构。晶胞参数a=0.8085纳米（或a=8.085Å），显示出其紧密的晶体结构。

物理性质

• 熔点：高达2130℃（或2403K），显示其优异的热稳定性。
• 密度：在25°C下，密度为64克/厘米³（或3.64g/mL），表明其具有较高的质量密度。
• 莫氏硬度：约为8 Mohs，说明其硬度适中，既能够抵抗一定程度的磨损，又便于加工处理。
• 颜色：通常为白色透明。

技术参数与规格

• 生长方法：常采用直拉法（提拉法）生长，可以得到高质量的单晶。
• 晶格常数：a=0.8083 nm（或a=8.083Å），这决定了其晶体结构的特性。
• 热膨胀系数：约为45×10^-6/℃，表明其在温度变化时具有较小的体积变化。
• 介电常数：虽未具体给出，但尖晶石结构的材料通常具有较低的介电常数和介电损耗。

铝酸镁（尖晶石）单晶作为薄膜衬底的主要优点：

广泛的应用领域：

铝酸镁（尖晶石）单晶广泛应用于声波和微波器件，以及快速集成电路（IC）的外延基片。这种广泛的应用范围证明了其在不同领域内的优异性能。

良好的物理性能：

铝酸镁（尖晶石）单晶具有高的熔点（约2130℃），显示出其优良的热稳定性。

它的热膨胀系数较小（约为45×10^-6/℃），意味着在温度变化时体积变化较小，有利于器件的稳定运行。

其硬度适中（莫氏硬度约为8 Mohs），既能够抵抗一定程度的磨损，又便于加工处理。

化学稳定性：

铝酸镁（尖晶石）单晶不溶于水和稀硝酸，微溶于硫酸和稀盐酸，显示出良好的化学稳定性，有利于在各种化学环境中保持其性能。

与外延硅薄层晶格匹配良好：

铝酸镁（尖晶石）单晶与外延硅薄层晶格匹配良好，衬底中铝原子向外延硅薄层内的自掺杂小，热稳定性好。这一特性使其成为超高速大规模集成电路的优质绝缘衬底材料之一。

良好的加工性能：

铝酸镁（尖晶石）单晶硬度较小，加工性能较好，便于在制造过程中进行切割、研磨等加工处理。

高质量的单晶生长：

经过科研和技术的努力，现在能够提供最大直径2英寸的无孪晶、无晶畴、超光滑的高质量衬底基片（FWHM<50 arcsec, 粗糙度Ra<0.5 nm），这进一步保证了其在各种应用中的高性能。

应用领域：

铝酸镁（尖晶石）单晶作为薄膜衬底，其应用领域主要涵盖以下几个方面：

声波和微波器件：

铝酸镁（尖晶石）单晶因其独特的物理性质，被广泛应用于声波和微波器件中。它能够提供稳定的衬底支持，有助于提升器件的性能和稳定性。

快速集成电路（IC）外延基片：

在集成电路制造领域，铝酸镁（尖晶石）单晶作为外延基片材料，为超高速大规模集成电路的制备提供了优质的绝缘衬底。其良好的晶格匹配性、热稳定性和低自掺杂量等特点，使得外延硅薄层能够获得更好的性能。

III-V族氮化物器件的衬底：

研究发现，铝酸镁（尖晶石）单晶是III-V族氮化物器件的良好衬底。它能够提供稳定的生长环境，有助于制备出高性能的氮化物器件。

技术参数与优势：

铝酸镁（尖晶石）单晶的技术参数包括高熔点（约2130℃）、低热膨胀系数（约为45×10^-6/℃）和适中的硬度（莫氏硬度约为8 Mohs）。这些参数保证了其在高温、高压等极端环境下的稳定性和可靠性。

此外，铝酸镁（尖晶石）单晶与外延硅薄层的晶格匹配性良好，衬底中铝原子向外延硅薄层内的自掺杂量小，热稳定性好。这些特点使得它成为制备高性能集成电路的理想材料之一。

参数	数值
化学式	MgAl2O4
分子量	102.41 g/mol
密度	3.58 g/cm³
熔点	2135 °C
热导率	15 W/(m·K)
热膨胀系数	8.0 × 10⁻⁶/K
比表面积	10-100 m²/g