在Si(211)衬底上分子束外延CdTe的晶格应变

文章利用高分辨率X射线衍射技术对分子束外延CdTe（211）B/Si（211）材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的对称衍射面和非对称衍射面的倒易空间图,对CdTe外延层的剪切应变和正应变状况进行了分析.研究发现,对于CdTe/Si结构,随着CdTe厚度的增加,[1-1-1]、[01-1]两个方向的剪切角γ[1-1-1]和λ[01-1]都有变小的趋势,且γ[1-1-1]的大小约为γ[01-1]的两倍;对于CdTe/ZnTe/Si,ZnTe缓冲层的引入可以有效地降低CdTe层的剪切应变.CdTe层的正应变表现为张应变,主要来源于CdTe和Si的热膨胀系数存在差异,而在从生长温度280℃降至室温20℃的过程产生的热应变.     

在Si(211)衬底上分子束外延CdTe的剪切应变

利用高分辨率X射线衍射技术对分子束外延CdTe（211）B/Si（211）材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的对称衍射面和非对称衍射面的倒易空间图,对CdTe缓冲层的剪切应变状况进行了分析.研究发现,对于CdTe/Si结构,随着CdTe厚度的增加,[1-1-1]、[01-1]两个方向的剪切角γ[1-1-1]和γ[01-1]都有变小的趋势,且γ[1-1-1]的大小约为γ[01-1]的两倍;对于CdTe/ZnTe/Si结构,ZnTe缓冲层的引入可以有效地降低CdTe层的剪切应变.     

ZnTe/Si(211)与ZnTe/GaAs(211)异质结构的热应变研究

通过理论计算获得ZnTe/Si（211）与ZnTe/GaAs（211）异质结构样品室温下的热应变分布与曲率半径,并采用激光干涉仪测量两个样品室温下的曲率半径。研究发现,在（211）面上进行异质外延,两个互相垂直的晶向方向[1-1-1]和[01-1]的应变分布呈现各向异性,且沿两个方向上的表面曲率半径亦存在差异。ZnTe/GaAs（211）样品的激光干涉测量结果与理论计算较为吻合,均为同一数量级的表面曲率半径方向为负的张应变,ZnTe/Si（211）样品的测量结果则存在较大差异。由于Si衬底在高温脱氧的过程中产生了表面曲率半径方向为正的塑性形变,在一定程度上降低了外延ZnTe后异质结构的弯曲程度,减小了热失配应变。     

HgCdTe/CdTe/Si(211)异质结构的应变和应力分布计算

计算了HgCdTe/CdTe/Si(211)异质结构的应变和应力分布,发现对于生长方向为不具有对称特性的[211]晶向,由于弹性模量的各向异性,平行表面的两个晶向方向[1-1-1]和[01-1]的应变和应力分布存在差异,并且二者的曲率半径也具有相应特性。对于Si衬底厚度为500μm,CdTe缓冲层厚度为10μm,HgCdTe层厚度为10μm的异质结构,液氮温度77 K时衬底与外延层的应变均为负值,外延层和衬底的最大应力值均在界面处,外延层中均为张应力,Si衬底在靠近界面处为压应力,远离界面逐渐过渡为张应力,存在一个应力为零的中性轴位置。     

应变硅结构的高分辨X射线衍射及其图谱分析

运用高分辨X射线双晶衍射(DCD)、三轴晶衍射(TAD)和TAD图谱对绝缘体上Si/SiGe/Si异质结构进行表征.利用TAD结合DCD(TAD-DCD)对称和非对称衍射测定了体Si衬底和外延层以及外延层之间的取向关系、SiGe外延层的Ge含量及其弛豫度等异质外延生长的重要参数.TAD倒易空间图谱能够给出全面的晶体结构信息.高分辨率TAD倒易空间图谱可实现对应变Si层应变量的测定.     

Si基CdTe复合衬底分子束外延研究

文章引入晶格过渡的Si/ZnTe /CdTe作为复合外延基底材料,以阻挡Si/HgCdTe之间大晶格失配产生的高密度位错。通过对低温表面清洁化、面极性控制和孪晶抑制等的研究,解决了Si基CdTe分子束外延生长中诸多的技术难题。在国内首次采用分子束外延(MBE)的方法获得了大面积的Si基CdTe复合衬底材料,对应厚度为4～4. 4μm Si/CdTe (211)样品双晶半峰宽的统计平均结果为83弧秒,与相同厚度的GaAs/CdTe (211)双晶平均水平相当。     

应变硅结构的高分辨X射线衍射及其图谱分析

运用高分辨X射线双晶衍射（DCD) 、三轴晶衍射（TAD）和TAD图谱对绝缘体上Si/SiGe/Si异质结构进行表征. 利用TAD结合DCD (TAD-DCD）对称和非对称衍射测定了体Si衬底和外延层以及外延层之间的取向关系、SiGe外延层的Ge含量及其弛豫度等异质外延生长的重要参数. TAD倒易空间图谱能够给出全面的晶体结构信息. 高分辨率TAD倒易空间图谱可实现对应变Si层应变量的测定.     

应变硅结构的高分辨X射线衍射及其图谱分析

运用高分辨X射线双晶衍射(DCD)、三轴晶衍射(TAD)和TAD图谱对绝缘体上Si/SiGe/Si异质结构进行表征.利用TAD结合DCD(TAD-DCD)对称和非对称衍射测定了体Si衬底和外延层以及外延层之间的取向关系、SiGe外延层的Ge含量及其弛豫度等异质外延生长的重要参数.TAD倒易空间图谱能够给出全面的晶体结构信息.高分辨率TAD倒易空间图谱可实现对应变Si层应变量的测定.     

用热壁外延技术在CdTe衬底上生长CdTe薄膜

利用热壁外延技术在CdTe衬底的(111)A面和B面生长了CdTe薄膜。源温度和衬底温度分别在670～800℃和600～760℃之间,生长速率为0.8～1.3μm/h。X射线衍射和荧光分析表明,CdTe外延层为[111]方向生长的高纯单晶薄膜,外延层表面组分和纵向组分均勺;回摆曲线峰半高宽的典型值为1.38′,表明外延层为高质量的CdTe单晶膜。     

InAsP/InGaAsP/InP应变材料的二维倒空间衍射研究

采用X射线衍射三轴二维倒空间衍射图研究了InP(100)衬底上分子束外延生长的压应变InAsP材料和张应变InGaAsP材料.实验测定了两种材料的(004)面、(224)面的倒空间衍射图,得到了处于部分弛豫状态的InGaAsP在不同方向呈现不同的应变状态.排除了外延层倾斜及应变对确定失配度的影响,准确计算得到InAsP外延层体失配度为1.446%,InGaAsP外延层体失配度为-0.5849%,并且生长了高质量的应变补偿8阱多量子阱.     

InAsP/InGaAsP/InP应变材料的二维倒空间衍射研究

采用X射线衍射三轴二维倒空间衍射图研究了InP(100)衬底上分子束外延生长的压应变InAsP材料和张应变InGaAsP材料.实验测定了两种材料的(004)面、(224)面的倒空间衍射图,得到了处于部分弛豫状态的InGaAsP在不同方向呈现不同的应变状态.排除了外延层倾斜及应变对确定失配度的影响,准确计算得到InAsP外延层体失配度为1.446%,InGaAsP外延层体失配度为-0.5849%,并且生长了高质量的应变补偿8阱多量子阱.     

InAsP/InGaAsP/InP应变材料的二维倒空间衍射研究

采用X射线衍射三轴二维倒空间衍射图研究了InP(100)衬底上分子束外延生长的压应变InAsP材料和张应变InGaAsP材料. 实验测定了两种材料的（004）面、(224）面的倒空间衍射图，得到了处于部分弛豫状态的InGaAsP在不同方向呈现不同的应变状态. 排除了外延层倾斜及应变对确定失配度的影响，准确计算得到InAsP外延层体失配度为1.446%, InGaAsP外延层体失配度为-0.5849%，并且生长了高质量的应变补偿8阱多量子阱.     

Si1-xGex/Si应变材料的生长及热稳定性研究

利用分子束外延（MBE）技术生长了Ge组份为0.1-0.46的Si1-xGex外延层。X射线衍射线测试表明，SiGe/Si异质结材料具有良好的结晶质量和陡峭界面，其它参数与可准确控制。通过X射线双晶衍射摆曲线方法，研究了经700℃、800℃和900℃退火后应变SiGe/Si异质结材料的热稳定性。结果表明，随着退火温度的提高，应变层垂直应变逐渐减小，并发生了应变弛豫，导致晶体质量退化；且Ge组分越小，Si1-xGex应变结构的热稳定性越好；室温下长时间存放的应变材料性能稳定。     

Si衬底上ZnO外延膜结构性质的比较

采用连通式双反应室高温MOCVD系统在Si衬底上外延ZnO薄膜,通过卢瑟福背散射/沟道(RBS/C)及高分辨X射线衍射(HR-XRD)技术对不同衬底条件的ZnO外延膜进行了组分及结构分析,结果表明在采用SiC缓冲层后,Si(111)衬底上ZnO(0002)面衍射峰半高宽明显减小,缺陷密度降低,单晶质量显著变好,c轴方向应变由0.49%变为-0.16%,即由拉应变变为压应变且应变值变小,说明SiC缓冲层可以有效地减小ZnO与Si衬底晶格失配带来的应变,改善外延膜质量,实现Si衬底上单晶ZnO的生长.     

用分子束外延在Si(100)衬底上生长CdTe和HgCdTe

用分子束外延在Si(100)衬底上生长出CdTc。可以得到两种取向:当CdTe直接沉积在Si(100)衬底上时,所得到的取向为(100)B CdTe;当首先生长ZnTe中间层时,所得到的取向为(100)CdTe。(111)B取向层由旋转90°的两个畴组成,仅具有一个畴的取向层能够在取向偏差8°的Si(100)上生长。为达此目地,还需要发现其最佳取向偏差。用反射高能电子衍射,光致发光光谱,扫描电子显微镜和x射线研究了这些取向层的特性。利用分子束外延技术,在(111)B CdTe层上还生长出Hg_(1-x)Cd_xTe;而前者被沉积在Si(100)衬底上。     

偏转角(211)Si基CdTe复合衬底研究

晶面偏角是提高(211) Si基CdTe复合衬底质量的方法之一。通过对偏转角Si基CdTe复合衬底分子束外延工艺的研究,发现2°和3°偏转角(211)Si基CdTe复合衬底在晶体质量方面优于标准(211)Si基CdTe复合衬底,是未来提高Si基CdTe复合衬底质量的新方向。     

CdTe/Si复合衬底Ex-situ退火研究

复合衬底CdTe/ZnTe/Si的晶体质量是导致随后外延的HgCdTe外延膜高位错密度的主要原因之一,因此如何提高复合衬底CdTe/Si晶体质量是确保硅基碲镉汞走上工程化的关键所在。降低复合衬底CdTe/Si位错密度方法一般有:生长超晶格缓冲层、衬底偏向、In-situ退火和Ex-situ退火等,本文主要研究Ex-situ退火对复合衬底CdTe/Si晶体质量的影响。研究表明复合衬底经过Ex-situ退火后位错密度最好值达4.2×105cm-2,双晶半峰宽最好值达60arcsec。     

红外探测器材料Ⅱ

一、HgCdTe的外延与分子束外延生长 1.用MOVPE生长在(211)B CdTe/Si衬底上的HgCdTe膜层的特性(S.H.Suh等,韩国科技研究所)     

MEE生长参数对复合衬底材料质量的影响

Si基CdTe中ZnTe缓冲层的生长影响着材料表面粗糙度和半峰宽。本文为了验证分子束外延Si基CdTe中采用迁移增强外延(MEE)技术生长的ZnTe缓冲层的生长参数对复合衬底材料表面粗糙度和半峰宽的影响,对涉及到的MEE生长过程中的主要参数包括：Zn与Te数值比、MEE生长温度、Zn与Te束流强度值进行研究,设计了三组实验,并使用高分辨X光衍射仪、白光干涉仪和红外傅里叶光谱仪测试外延薄膜生长结果,总结MEE生长参数对复合衬底材料质量影响,通过实验得到最优的外延工艺条件,提高材料质量。     

应变硅薄膜的厚度对材料迁移率的影响

用化学气相沉积方法在SiC/Si上外延生长了应变硅薄膜.扫描电子显微镜方法显示所得样品具有明显的Si/SiC/Si三层结构,喇曼散射光谱和X射线衍射测量结果表明外延的Si薄膜存在应变.Hall效应测量证明相比于相同浓度的体Si材料应变Si薄膜具有较高的霍尔迁移率;但随着应变硅层厚度的增加,霍尔迁移率下降,这应与薄膜中应变减小和失配位错有关.