Si基GaN薄膜的制备方法及结构表征

分别采用射频磁控溅射、热壁化学气相沉积(CVD)、电泳沉积法制备GaN薄膜。利用扫描电镜(SEM)、荧光光谱仪对样品进行结构、形貌和发光特性的分析比较。射频磁控溅射方法中,把SiC中间层沉淀到Si衬底上,目的是为了缓冲由GaN外延层和Si衬底的晶格失配造成的应力。结果证实了SiC中间层提高了GaN薄膜的质量。热壁化学气相沉积法制备GaN晶体膜时,选择H2作反应气体兼载体,有利于GaN膜的形成。电泳沉积法显示所得样品为六方纤锌矿结构的GaN多晶薄膜。结果表明:溅射法制备的GaN薄膜结晶效果好;CVD法制备时GaN薄膜应用范围广;电泳沉积法操作方便、简单易行。     

航天反射镜材料SiC

航天反射镜材料的一些优选性质包括密度低、弹性模量高、热膨胀系数低及热传导率高。与传统光学材料相比,碳化硅(SiC)具有优异的机械和热性能,被认为是引入注目的反射镜材料。本文概述了SiC的基体成形工艺和机械精加工工艺,讨论了其优缺点,并概述了国内外的发展现状。     

微通道尺寸对开通道电渗泵性能的影响

开通道电渗泵的结构简单,性能优越,制作工艺满足标准MEMS微加工工艺,是实现微泵片上集成应用的重要途径之一,可应用于微电子机械系统中作为液压致动元件。开通道电渗泵的压力流量性能与微通道的尺寸参数有直接关系。首先理论分析了微通道的长度、宽度和高度对开通道电渗流性能的影响,得出了各参数对电渗流性能的影响趋势。应用MEMS CAD软件Coventorware对微通道尺寸的影响进行了数值仿真分析,结果表明:数值仿真得出的结论与理论分析相一致,高深宽比微通道的电渗泵,减小宽度W和深度H有助于提高开通道电渗泵的压力,但流量也随之减小,设计时宽度和深度需折衷取值;长度L只对流量有影响,对压力无影响,通过优化设计微通道的几何尺寸可以使开通道电渗泵的压力和流量性能得以提高。     

压电基片上集成微通道数字微流体微混合器研究

微流体在压电基片上输运往往偏离声表面波传播方向,尤其是当压电基片表面疏水层不很均匀时,给微流体诸如混合等操作带来不便。在1280旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上研制了集成有聚二甲基硅氧烷为材料T型微通道的微混合器,压电基片上采用光刻工艺制作相互垂直叉指换能器及反射栅。待混合的两微流体采用微量进样器分别进样到声路径微通道中,依次在两叉指换能器上加RF电信号,它激发的声表面波驱动其声路径上微通道中的微流体沿微通道输运、合并,并快速混合。对2μl水-2μl蓝色染料微流体和2μl甘油-2μl蓝色染料微流体进行混合实验,结果表明,声表面波的作用可以提高微通道中微流体的混合速度,且混合程度更高。     

VHF-PECVD制备微晶硅材料及电池

采用VHF-PECVD技术制备了不同功率系列的微晶硅薄膜和电池,测试结果表明:制备的适用于微晶硅电池的有源层材料的暗电导和光敏性都在电池要求的参数范围内.低功率或高功率条件下,电池从n和p方向的喇曼测试结果是不同的,在晶化率方面材料和电池也有很大的差别,把相应的材料应用于电池上时,这一点很重要.采用VHF-PECVD技术制备的微晶硅电池效率为5%,Voc=0.45V,Jsc=22mA/cm2,FF=50%,Area=0.253cm2.     

VHF-PECVD制备微晶硅材料及电池

采用VHF-PECVD技术制备了不同功率系列的微晶硅薄膜和电池,测试结果表明：制备的适用于微晶硅电池的有源层材料的暗电导和光敏性都在电池要求的参数范围内．低功率或高功率条件下,电池从n和p方向的喇曼测试结果是不同的,在晶化率方面材料和电池也有很大的差别,把相应的材料应用于电池上时,这一点很重要．采用VHFPECVD技术制备的微晶硅电池效率为5%,Voc=0.45V,Jsc=22mA/cm2,FF=50%,Area=0.253cm2．     

二维流体模型的建立及其在微晶硅薄膜中的应用

建立二维流体模型,研究甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PEVCVD)高速沉积氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜.模型采用平行电容耦合放电方式. 模拟条件与实验条件相同,均为甚高频(70 MHz)、高H2稀释SiH4和高压耗尽区域.模型的几何结构是根据实际高速沉积μc-Si:H薄膜的反应腔室建立的.模型是自适应的,建立在玻尔兹曼方程和泊松方程基础之上,包含87个气相反应和25个表面反应.将模拟沉积速率与相同实验条件下的结果相比较,结果发现,模型在微晶区域运行结果与实验结果吻合得很好.     

1nm/s高速率微晶硅薄膜的制备及其在太阳能电池中的应用

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术,在相对较高气压和较高功率条件下,制备了不同硅烷浓度的微晶硅材料.材料沉积速率随硅烷浓度的增加而增大,通过对材料的电学特性和结构特性的分析得知:获得了沉积速率超过1 nm/s高速率器件质量级微晶硅薄膜,并且也初步获得了效率达6.3%的高沉积速率微晶硅太阳电池.     

4H—SiC同质外延层中的扩展缺陷研究

利用自主研发的热壁低压化学气相沉积(HWLPCVD)系统,在5.08 cm(2英寸)4°偏轴4H-SiC衬底上生长4H-SiC同质外延膜。讨论了4H-SiC同质外延层中的两种扩展缺陷——彗星缺陷和胡萝卜缺陷,研究了这两种缺陷的起源与消除方法。研究发现采用化学机械抛光(CMP)方法可以有效去除扩展缺陷,提高外延膜的质量。另外,提高衬底质量和优化生长条件也可以消除这两种扩展缺陷。     

750℃下用低压化学汽相沉积在Si上外延生长单晶SiC薄膜

在（１００）硅单晶衬底上，７５０℃外延生长了立方晶系晶向的ＳｉＣ薄膜，该生长温度是目前所报道的最低生长温度。采用一种简单的硅碳比为１：１的甲基硅烷源材料和Ｈ２，，用低压化学汽相沉积工艺生长了ＳｉＣ薄膜。     

热丝化学气相沉积法低温制备纳米晶态碳化硅薄膜

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术以甲烷(CH4)和硅烷(SiH4)作为源反应气体在Si(111)衬底上合成了纳米晶态SiC薄膜。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)以及光致发光(PL)检测技术对薄膜的晶体结构、表面形貌和PL特性进行了分析和表征。结果表明，在较低的衬底温度下所沉积的薄膜是由镶嵌于非晶SiC网络中的晶态纳米SiC构成。纳米晶粒平均尺寸约为6nm。室温下用HeCr激光激发样品，观到薄膜发出波长位于400～550nm范围内可见光辐射。     

碳化硅衬底外延石墨烯

通过高温热解法和化学气相沉积(CVD)法在SiC(0001)衬底外延石墨烯。采用光学显微镜、原子力显微镜、扫描电子显微镜、喇曼光谱、X射线光电子能谱和霍尔测试系统对样品进行表征,并对比了两种不同生长方法对石墨烯材料的影响以及不同的成核机理。结果表明,高温热解法制备的石墨烯材料有明显的台阶形貌,台阶区域平坦均匀,褶皱少,晶体质量取决于SiC衬底表面原子层,电学特性受衬底影响大,迁移率较低。CVD法制备的石墨烯材料整体均匀,褶皱较多,晶体质量更好。该方法制备的石墨烯薄膜悬浮在SiC衬底表面,与衬底之间为范德华力连接,电学特性受衬底影响小,迁移率较高。     

在SixGe1-xC0.02衬底上直接生长石墨烯

基于锗衬底在石墨烯生长方面的自限制生长和表面催化特性,以甲烷(CH4)和氢气(H2)为前驱体,采用化学气相沉积(CVD)法分别在锗硅碳(SixGe1-xC0.02)(x=0.15,0.25,0.73)衬底和外延锗上直接生长石墨烯.研究了不同Si组分、H2与CH4体积流量比和生长温度对石墨烯质量的影响.利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)以及喇曼光谱对衬底和生长的石墨烯进行了表征分析.喇曼光谱结果表明,Si0.5Ge0.85C0.02衬底在750℃下可以生长出石墨烯,调节气体H2与CH4的体积流量比为50∶0.5时,生长出的石墨烯是双层的.OM和SEM结果表明,锗硅碳衬底具有比锗更好的热稳定性,高温下不会升华.     

Crack-free Al0.5Ga0.5N epilayer grown on SiC substrate by in situ SiNx interlayer

The crystal quality and stress state of Al_0.5Ga_0.5N epitaxial layers on 6H-SiC wafers by introducing an in-situ deposited SiN_x nanomask layer grown by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) were investigated. A SiN_x interlayer with various growth times was inserted to the Al_0.5Ga_0.5N epilayers. The full width at half maximum (FWHM) of X-ray diffraction peaks and the density of etch pits decreased dramatically by the SiN_x interlayer, indicating an improved crystalline quality. Also, it was found that the crack density and biaxial tensile stress in the Al_0.5Ga_0.5N film was significantly reduced by in situ SiN_x interlayer from optical microscopy, photoluminescence spectra and Raman spectra. Finally, a crack-free 1.8 μm thick Al_0.5Ga_0.5N epilayer grown on 6H-SiC substrate using the optimized SiN_x interlayer growth time was obtained.     

Improvements of the SiC homoepitaxy process in a horizontal cold-wall CVD reactor

In this research effort, we investigate the influence of the cold-wall reactor geometry on the chemical vapor deposition (CVD) growth process of 4H-SiC and the quality of lightly doped epitaxial layers. Stable growth conditions with respect to growth rate and C/Si ratio of the gas-phase can be achieved by the appropriate choice of the distance between susceptor and walls of the inner quartz tube. A background doping concentration in the range of 10¹⁴ cm⁻³ is realized by employing a high temperature stable and hydrogen etch resistant coating of the graphite susceptor. Doping and thickness homogeneity of epitaxial layers on 35 mm diam. 4H-SiC substrates, expressed by σ/mean, are as low as 6.9 and 7.7%, respectively. From deep level transient spectroscopy measurements, the concentration of the frequently reported intrinsic Z₁-center in 4H-SiC is determined to be below the detection limit of 10¹² cm⁻³.     

MPCVD中基片加热材料的温度场摄动模型研究

为改进微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）装置中的加热系统，提出了用基片加热材料替代常规加热方式的新的技术路线，建立了基片加热材料的微波轴对称温度场模型并得到了一般解，通过对基片加热材料的微波设计，在MPCVD装置中获得大片基片台直径的均匀温度分布区。     

煅烧温度和恒温时间对ZnO/AAO/Si组装体系的影响

以AAO/Si为模板,采用化学气相沉积(CVD)的方法在不同温度下,通过煅烧Zn粉和C粉的混合物制备ZnO/AAO/Si组装体系,并对其结构和性质进行了研究。扫描电镜(SEM)结果表明:随着煅烧温度的升高,AAO表面的孔洞逐渐被封堵,当温度达到900℃时,在AAO的表面出现了一层ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)结果显示,700℃时在XRD图谱上观看到六角纤锌矿的ZnO的衍射峰,并且随着温度的升高,ZnO的衍射峰逐渐增强,当温度升至800和900℃时出现了ZnAl2O4的衍射峰。因此,化学气相沉积制备组装体系时的最适温为700℃。在700℃时煅烧不同恒温时间制备的ZnO/AAO/Si组装体系SEM图显示,随着恒温时间的延长,孔的封闭效应逐渐明显。     

Chemical Vapor Deposition of Silicon Carbide Epitaxial Films and Their Defect Characterization

A chemical vapor deposition (CVD) system was designed and fabricated in our laboratory and SiC homo-epitaxial layers were grown in the CVD process using silicon tetrachloride and propane precursors with hydrogen as a carrier gas. The temperature field was generated using numerical modeling. Gas flow rates, temperature field, and the gradients are found to influence the growth rates of the epitaxial layers. Growth rates were found to increase as the temperature increased at high carrier gas flow rate, while at lower carrier gas flow rate, growth rates were observed to decrease as the temperature increased. Based on the equilibrium model, “thermodynamically controlled growth” accounts for the growth rate reduction. The grown epitaxial layers were characterized using various techniques. Reduction in the threading screw dislocation (SD) density in the epilayers was observed. Suitable models were developed for explaining the reduction in the SD density as well as the conversion of basal plane dislocations (BPDs) into threading edge dislocations (TEDs).     

VLP／CVD低温硅外延

研究了VLP／CVD低温硅外延生长技术,利用自制的VLP／CVD设备,在低温条件下,成功地研制出晶格结构完好的硅同质结外延材料。扩展电阻、X射线衍射谱和电化学分布研究表明,在低温下（T＜800℃）应用VLP／CVD技术,可以生长结构完好的硅外延材料,且材料生长界面的杂质浓度分布更陡峭。