生长参数对Si1-xGex:C合金薄膜中元素分布的影响

用化学气相淀积方法在Si(100)衬底上外延生长Ge组分渐变的Si1-xGexC合金薄膜.本文通过能量色散谱仪乔(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对合金薄膜的元素深度分布和表面形貌进行了表征,分析研究了外延层的生长温度、生长时间对Si1-xGexC合金薄膜性质的影响.结果表明,Si1-xGexC外延层生长温度和生长时间一定范围内的增加加强了岛与岛之间的合并,促进了衬底Si原子向表面扩散、表面Ge原子向衬底扩散,且生长温度比生长时间对Si、Ge原子互扩散的影响大.     

Ge组分渐变的Si1-x-yGexCy薄膜的制备

用化学气相淀积方法在Si（100）衬底上外延生长了Ge组分最高约0．40的组分渐变的Si1-x-yGexCy合金薄膜,研究了生长温度等工艺参数的影响．结果表明,生长温度和C2H4分压的提高均导致薄膜中碳组分的增加和合金薄膜晶格常数的减小,这表明外延薄膜中的C主要以替位式存在．C掺入量的变化可有效地调节薄膜的禁带宽度,而提高生长温度有助于改善Si1-x-yGexCy薄膜的的晶体质量．组分渐变的Si1-x-yGexCy合金薄膜包括由因衬底中Si原子扩散至表面与GeH4．C2H4反应而生成的Ni1-x-yGexCy外延层和由Ni1-x-yGexCy外延层中Ge原子向衬底方向扩散而形成的Ni1-xGex层．     

超高真空CVD生长的Si1-xGex合金组分变化与表面偏析现象

系统分析了利用超高真空CVD技术在Si衬底上外延Si1-xGex 合金的体内组分分布情况和Ge的表面偏析现象。用SIMS对Si和Ge的组分作了深度剖析。在生长过程中 ,组分均匀 ,在表面Ge浓度减小 ,Si浓度没有明显变化。在不经HF酸清洗和在HF酸中去掉表面自然氧化层的两种情况下 ,用XPS分别对外延层表面进行了定量分析 ,得到Ge的表面偏析与表面自然氧化相关的结论     

SiO2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响.实验结果表明,当衬底温度超过500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点.在650 ℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成.     

SiO2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响.实验结果表明,当衬底温度超过500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点.在650 ℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成.     

Si(111)衬底上多层石墨烯薄膜的外延生长

利用固源分子束外延(SSMBE)技术, 在Si(111)衬底上沉积碳原子外延生长石墨烯薄膜, 通过反射式高能电子衍射(RHEED)、红外吸收谱(FTIR)、拉曼光谱(RAMAN)和X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等手段对不同衬底温度(400、600、700、800℃)生长的薄膜进行结构表征. RAMAN和NEXAFS结果表明: 在800℃下制备的薄膜具有石墨烯的特征, 而 400、600和700℃生长的样品为非晶或多晶碳薄膜. RHEED和FTIR结果表明, 沉积温度在600℃以下时C原子和衬底Si原子没有成键, 而衬底温度提升到700℃以上, 沉积的C原子会先和衬底Si原子反应形成SiC缓冲层, 且在800℃沉积时缓冲层质量较好. 因此在Si衬底上制备石墨烯薄膜需要较高的衬底温度和高质量的SiC缓冲层.     

衬底温度对钇稳定氧化锆薄膜择优生长的影响

使用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(100)衬底上沉积钇稳定的氧化锆(YSZ)薄膜,用XRD分析薄膜的结晶取向,SEM和AFM观测薄膜表面形貌,研究了在200-650℃的不同衬底温度下薄膜的择优生长.结果表明:衬底温度较低的YSZ薄膜为非晶组织,衬底温度为300-500℃时YSZ晶粒以表面能低的(111)面首先择优生长,衬底温度超过550℃后晶粒活化能提高而使表面能较高的(100)晶粒择优生长.YSZ薄膜是典型的岛状三维生长模式,较高的衬底温度有利于原子在衬底表面迁移和重排结晶长大.同其它沉积技术相比,用PLD技术能在比较低的衬底温度下在Si(100)表面原位外延生长出较高质量的YSZ薄膜.     

Si(100)衬底上SiC的外延生长

在1050℃下用Si2H6和C2H4在Si(100)衬底上外延生长了3C-SiC,生长前只通入C2H4将Si衬底碳化形成SiC缓冲层.碳化过程中C2H4与Si表面反应形成了SiC孪晶,但随着生长时间的延长,外延层转变为单晶层,其表面呈现典型的单晶SiC的(2×1)再构.从外延层的Raman谱观察到明显的SiC的TO和LO声子模;SEM观测结果表明,外延层的表面比较平整.     

Si_(0.75)Ge_(0.25)虚衬底上应变补偿Si/Si_(0.62)Ge_(0.38)量子阱发光

由于Si/SiGe异质结构的带阶差主要发生在价带,为实现高效率的发光,本文从理论上设计了在硅基Si1-xGex虚衬底上外延应变补偿的Si/S1-yGey(y>x)量子阱的能带结构,将量子阱对电子的限制势垒提高到100meV以上。在实验上,采用300℃生长的Ge量子点插入层,制备出薄的SiGe驰豫缓冲层(虚衬底),表面Ge组份达到0.25,表面粗糙度小于2nm,驰豫度接近100%。在我们制备的SiGe缓冲层上外延了应变补偿SiGe/Si多量子阱结构,并初步研究了其发光特性。     

Si(111) 衬底上3C-SiC的超低压低温外延生长

研究了发展一种Si衬底上低温外延生长3C－SiC的方法。采用LPCVD生长系统，以SiH4和C2H4为气源，在超低压（30Pa) ,低温（900℃）的条件下，在Si(111衬底上外延生长出高质量的3C－SiC薄膜材料。采用俄歇能谱（AES），X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）等分析手段研究了SiC薄膜的外延层组分，晶体结构及其表面形貌。AES结果表明薄膜中的Si/C的原子比例符合SiC的理想化学计量比，XRD结果显示了3C－SiC外延薄膜的良好晶体结构，AFM揭示了3C－SiC薄膜的良好的表面形貌。     

外加偏压对未退火Co/n-poly-SiGe肖特基接触特性的影响

采用直流离子束溅射法,在n型单晶硅衬底上淀积Si1-xGex薄膜.俄歇电子谱(AES)测得Si1-xGex薄膜的Ge含量约为0.15.对薄膜进行高温磷扩散后,经XRD测试为多晶态,即得n-poly-Si0.85Ge0.15.在n-poly-Si0.85Ge0.15上溅射一层薄的Co膜,做成Co/n-poly-Si085Ge0.15肖特基结样品.在90～332 K范围对未退火样品做I-V-T测试.研究发现,随着外加偏压增大,表观理想因子缓慢上升,肖特基势垒高度(SBH)下降.基于SBH的不均匀分布建模,得到了二者近似为线性负相关的结论.     

UHV/CVD生长锗硅材料的偏析现象

本文对利用超高真空CVD方法生长的Si1-xGex合金外延层中的锗表面分布情况和Ge在界面偏析现象进行了深入的研究.通过XPS和SIMS图谱的研究,指出表面由于锗的偏析,造成锗在体内和表面的含量不同,在低温时生长锗硅合金,表面氢原子的吸附可有效地抑制锗的偏析,但随着温度的升高,氢的脱附造成锗的偏析现象更加明显.     

SiC衬底上SiCGe薄膜的岛状机理分析

对热壁化学气相沉积法(HWCVD)在6H-SiC(0001)面上外延生长的SiCGe薄膜结构进行了机理分析.SiCGe薄膜具有球形岛和三角形层状堆叠岛两种岛状结构,球形岛为金刚石型结构,而三角形层状堆叠岛则为闪锌矿型结构.认为球形岛是Ge富集后,高温析出形成的,而三角岛则是堆垛层错形成四面体的露头.生长温度的变化会引起球形岛和三角岛的相互转变,其原因主要有两方面:一方面,高温时,立方SiC相比SiCGe相更为稳定,随着温度的升高,SiCGe相逐渐向SiC相转变,替位式的Ge原子的数量会有所下降,从而使SiCGe外延层和SiC衬底间的晶格失配度减小,于是薄膜的生长模式由3D岛状变为2D生长,仅仅靠产生三角形堆垛层错释放失配应力;另一方面,生长温度越高,原子能量就越大,达到理想位置的原子比例越高,就会表现出材料本身的结构特征,而面心立方的{111}面上这种结构特征的体现就是三角形堆垛层错的产生.     

Ge/Si超导型和Ge_xSi_(1-x)/Si合金型超晶格的分子束外延生长和特性研究

用分子束外延(MBE)技术生长了Ge/Si超薄型超晶格和Ge_xSi_(1-x)/Si合金型超晶格。用RHEED强度振荡技术生长出了非常陡峭和平整的Si/Ge异质结界面。在Si(001)上生长的一个单原子层Ge和一个单原子层Si的多层结构是可以得到的最薄的超晶格。合金型超晶格的厚度可满足器件制造的要求并避免了失配位错的产生。用XTEM、RBS及X射线衍射对外延晶体质量作了签定,用Raman谱和电调制反射谱对超晶格的光学特性进行了研究。     

Si(100)-(2×1)表面上Si薄膜生长的模拟

本文在分析表面扩散各向异性、二聚体和二聚体列影响的基础上,建立了Si(100)-(2×1) 表面上Si薄膜生长的Kinetic Monte Carlo(KMC)模型,利用该模型对薄膜生长的初始阶段进行了研究.结果表明:吸附原子的扩散距离随温度的变化满足指数函数L=L0AeT/C.在一定的入射率下存在一最佳成岛温度,该温度随入射率的增大而升高.随入射率的减小,薄膜逐渐从离散生长向紧致生长转变,表面扩散的各向异性越显著.     

Si(001)衬底上方形3 C-SiC岛的LPCVD生长

Si衬底上SiC的异质外延生长深受关注,为了了解Si衬底上的成核及长大过程,采用PLCVD方法在Si(001)衬底上生长出了方形3C-SiC岛,利用Nomarski光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察了SiC岛的形状,尺寸,密度和界面形貌,结果表明,3C－SiC岛生长所需的Si原子来自反应气源,衬底上的Si原子不发生迁移或外扩散,气相中C原子浓度决定了SiC岛的生长过程。     

硅、锗材料在Si(100)表面的生长研究

利用扫描隧道显微镜和超高真空实验装置系统进行了Si(10 0 )表面生长Si,Ge的实验研究。分析了所生成表面的形貌、结构等物理性质。研究表明 :Si在Si(10 0 )表面的同质生长可以形成纳米结构薄膜。Ge在Si(10 0 )表面生长形成规则的三维小岛。而在Si/Ge/Si(10 0 )多层膜上生长则形成大小二种三维岛。研究表明大岛具有Ge/Si/Ge的壳层结构     

UHV／CVD外延生长锗硅碳三元合金的应变研究

用超高真空化学气相沉积方法,在Si(100)衬底上生长掺C高达2.2%的Si1-x-yGexCy合金薄膜,外延层质量良好。用高分辨透射电子显微镜,X射线衍射,傅立叶红外吸收光谱以及拉曼光谱对外延层进行了检测。结果表明替代位C的加入,明显缓解了宏观上的应变,但在合金中仍存在着微观应变。     

LPCVD法在GaN上生长Ge薄膜及其特性

本文报道了在GaN/蓝宝石作衬底生长Ge薄膜材料的外延生长及其特性研究。研究了不同外延生长条件。结果表明,使用低压化学气相外延技术在GaN/蓝宝石衬底复合衬底上可以生长Ge薄膜。高分辨X射线衍射谱研究得到了峰位分别位于2θ=27.3°、2θ=45.3°和2θ=52.9°的Ge峰.原子力显微镜研究表明得到的Ge薄膜的表面粗糙度为43.4nm。扫描电子显微镜研究表明生长的Ge/GaN/蓝宝石具有清晰的层界,表面Ge晶粒致密并且分布均匀。Raman谱表明所生长的Ge的TO声子峰位于299.6cm-1,这表明了生长的Ge薄膜具有良好的质量。     

500℃下利用UHV/CVD在Si衬底上直接生长近平面Si0.5Ge0.5层

利用UHV/CVD系统,在一个相对较低的温度500℃下,研究了Si1-xGex层中的Ge含量与生长条件之间的关系,此时的Si1-xGex层处于一种亚稳的状态.并直接在Si衬底上生长制备了10个周期的3.0 nm-Si0.5Ge0.5/3.4 nm-Si多量子阱.拉曼谱、高分辨显微电镜和光荧光谱对其结构和光学性能进行的表征表明这种相对较厚的Si0.5Ge0.5/Si多量子阱结构基本上仍是近平面生长的,内部没有位错,其在电学和光学器件上具有潜在的应用.