Si上Si1—x—yGexCy三元合金薄膜的化学气相淀积生长研究

本文报道了用快速加热化学气相淀积方法,乙烯（Ｃ２Ｈ４）作为Ｃ源在Ｓｉ（１００）衬底上生长Ｓｉ１－ｘ－ｙＧｅｘＣｙ合金薄膜的实验结果,经喇曼（Ｒａｍａｎ）光谱和傅里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）测量表明：我们成功地制备了具有一定代位式Ｃ含量的Ｓｉ１－ｘ－ｙＧｅｘＣｙ合金薄膜材料,较低的生长温度和较高的ＳｉＨ４／Ｃ２Ｈ４流量比有助于提高代位式Ｃ含量和薄膜材料的晶体质量,并且初步分析了生长过程中化学反应动力     

GSMBE外延生长GeSi/Sip-n异质结二极管

用气态源分子束外延（ＧＳＭＢＥ）法生长了掺杂ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ合金并试制了ｐ－ｎ异质结二极管,Ｘ射线双晶衍射和二极管Ｉ－Ｖ特性表明,ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ合金的完整性与异质结界面的失配位错是影响异质结二极管反向漏电的主要原因．通过控制ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ合金的组分及厚度,我们获得了较高质量的ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉｐ－ｎ异质结二极管材料,其反向电压为－５Ｖ时,反向漏电流密度为６．１μＡ／ｃｍ２．     

Ge_xSi_（1－x）减压化学气相外延过程的流体力学和表面反应动力学分析

结合流体力学和表面反应动力学分析了ＳｉＨ２Ｃｌ２＋ＧｅＨ４＋Ｈ２减压化学气相外延系统．计算和讨论了由于生长压力的变化而导致的反应管内速度分布、温度分析和反应气体浓度分布的变化．计算了生长温度为７００℃时，ＧｅＳｉ外延层中Ｓｔ、Ｇｅ和ＧｅｘＳｉ１－ｘ生长速度与初始ＧｅＨ４流量的关系．从理论上解释了ＧｅｘＳｉ１－ｘ生长速度随ＧｅＨ４流量的变化关系，并与Ｐ．Ｍ．Ｇａｒｏｎｅ等人的实验结果进行了比较．     

Si_（1－x）Ge_x合金的浅杂质光电导谱

在４．２—５０Ｋ温度范围内研究了直拉法生长的富含Ｓｉ的Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ合金的浅杂质光电导谱，首次观察到了锗硅合金中从硼受主杂质基态到ｐ３／２价带的光电离跃迁过程及硼受主杂质的与自旋－轨道分裂带（ｐ１／２价带）相联系折光电导过程，并由此确定了硼杂质的电离能．结果表明，低锗组分下，Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ合金中浅受主杂质电离能随合金组分线性变化．     

GexSi1—x减压化学气相外延过程的流体力学和表面反应动力学分析

结合流体力学和表面反应动力学分析了ＳｉＨ２Ｃｌ２＋ＧｅＨ４＋Ｈ２减压化学气相外延系统。计算和讨论了由于生长压力的变化而导致的反应管内速度分布，温度分析和反应气体浓度分布的变化。计算了生长温度为７００℃时，ＧｅＳＩ外延层中Ｓｉ，Ｇｅ和ＧｅｘＳｉ１－ｘ生长速度与初始ＧｅＨ４流量的关系。     

Co、Ti／Si_（1－x）Ge_x薄膜快速退火固相反应结构和组分研究

本文首次研究金属Ｃｏ与分子束外延Ｓｉ１－ｘＧｅｘ单晶薄膜快速热退火（ＲＴＡ）固相反应，并对比了ＣＯ、Ｔｉ与ＳｉＧｅ固相反应时不同的反应规律实验采用ＲＢＳ、ＡＥＳ、ＸＲＤ、ＳＥＭ等分析和测试手段对样品的组分和结构等薄膜特性进行检测．实验发现，Ｃｏ／Ｓｉ０．８Ｇｅ０，２在６５０℃热退火后形成组分为Ｃｏ（Ｓｉ０，９Ｇｅ０．１）的立方晶系结构，薄膜具有强烈择优取向；９００℃处理温度，有ＣｏＳｉ２形成，同时Ｇｅ明显地向表面分凝．ＴｉＮ／Ｔｉ／Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２固相反应时，８５０℃处理可以形成Ｔｉ（Ｓｉ１－ｙＧｅｙ     

1.3μm和1.55μm Si_(1-x)Ge_x波长信号分离器与Si_(1-x)Ge_x/Si应变超晶格探测器的集成

对１．３μｍ和１．５５μｍ波长的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ波长信号分离器（ＷＳＤ）和Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ应变超晶格（ＳＬＳ）红外探测器的集成结构进行了系统的分析和优化设计．优化结果为：（１）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘＷＳＤ，Ｇｅ含量ｘ＝０．０５．波导的脊高和腐蚀深度分别为３μｍ和２．６μｍ．对应于λ１＝１．３μｍ和λ２＝１．５５μｍ波长的波导脊宽分别为１１μｍ和８．５μｍ．（２）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／ＳｉＳＬＳ探测器，Ｇｅ含量ｘ＝０．５．探测器的厚度为５５０ｎｍ，由２３个周期的６ｎｍＳｉ０．５Ｇｅ０．５＋１７ｎｍＳｉ组成．     

应变层Si1—x—yGexCy合金研究

本文综述了Ｓｉ１－ｘ－ｙＧｅｘＣｙ合金的研究进展，包括合金的应变补偿效应，微观结构，能带结构和光电特性等。     

生长在GexSi1—x（001）衬底上的量子阱Si／GexSi1—x的电子能带结构

根据电子能带的畸变势常数计算了生长在ＧｅｘＳｉ－ｘ（００１）衬底上的量子阱Ｓｉ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ的电子势垒高度随合金组分ｘ的变化情况，并用包络函数方法计算了不用合金组分ｘ时的量子阱的子能带结构，计算结果表明（００１）及（００１）导带底电子量阱处在Ｓ层，而其它四个导带底能谷的电子量子阱处在ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金层，两类量子阱的电子势垒高度均随着衬底合金组分ｘ的增加而增加。     

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（１００）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（ＳｉＣＨ３Ｈ３）源材料和Ｈ２，用低压化学汽相沉积工艺生长了ＳｉＣ薄膜。用透射电子显微镜（ＴＥＭ）、单晶和双晶ｘ射线衍射仪、红外吸收、椭球仪、厚度测量、四探针测量以及其它方法表征了生长的薄膜。ｘ射线测量结果表明，我们生长的薄膜结晶学质量与类似厚度的商用ＳｉＣ薄膜的质量相当。介绍了本研究中所用的新的生长装置和ＳｉＣ薄膜的性质。     

生长在GexSi1—x（001）衬底上应变GaAs层的光学性质

采用紧束缚方法计算了生长在ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１）衬底上的应变ＧａＡｓ层带间光跃迁的振子强度以及三次非线性光极化率，讨论了振子强度及三次非线性光极化率随衬底合金组分Ｘ的变化关系，计算结果表明，对所有Ｘ值，ｆｈｃ＝０，ｆＨＣ，ｆＬＣ及ｆＳＣ随Ｘ的变小而变小，ｆＬｃ及ｆＳｃ随Ｘ的变小而变大。对ｎ型ＧａＡｓ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１），应变使Ｘｘｘｘｘ变小，对ｐ型ＧａＡｓ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１）应     

Si_(1-x)Ge_x材料和双极型器件的进展

Ｓｉ１－ｘＧｅｘ材料具有许多优良的性质,高质量的应变外延层可以把能带工程的概念引入到Ⅳ族器件之中。外延Ｓｉ１－ｘＧｅｘ基区的异质结双极型晶体管（ＨＢＴ）获得了优良的性能,并且,其具有可以同硅工艺兼容的优点,把Ｓｉ１－ｘＧｅｘ同Ｓｉ集成的ＢｉＣＭＯＳ工艺取得了很大的发展,已经达到了工业应用的水平。Ｓｉ１－ｘＧｅｘ工艺的发展,电路速度的提高,也促进了微波集成电路的进步,提高了ＳｉＭＭＩＣ的应用频段。从目前的发展现状来看,已经达到了在射频（ＲＦ）通信中广泛应用的阶段。     

生长在Ge_xSi_（1－x）（001）衬底上的量子阱Si／Ge_xSi_（1－x）的电子能带结构

根据电子能带的畸变势常数计算了生长在ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１）衬底上的量子阱Ｓｉ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ的电子势垒高度，讨论了电子势垒高度随合金组分ｘ的变化情况。并用包络函数方法计算了不同合金组分ｘ时的量子阱的子能带结构。计算结果表明［００１］及［００１］导带底电子量子阱处在Ｓｉ层，而其它四个导带底能谷的电子量子阱处在ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金层。两类量子阱的电子势垒高度均随着衬底合金组分ｘ的增加而增加。     

1.55μmSi_(1-x)Ge_x/Si光开关与光探测器集成的分析及设计

对１．５５μｍ波长的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导开关和Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ红外探测器的集成结构进行了系统的理论分析和优化设计。设计结果为：（１）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光开关，Ｇｅ含量ｘ＝０．０５，波导的内脊高、脊宽和腐蚀深度分别为３，８．５和２．６μｍ，分支角为５～６°。要实现对１．５５μｍ波长光的开关作用，ｐｎ＋结上所需加的正向偏压值应为０．９７Ｖ；（２）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ探测器，Ｇｅ含量ｘ＝０．５，探测器由２３个周期的６ｎｍＳｉ０．５Ｇｅ０．５和１７ｎｍＳｉ交替组成厚度为５５０ｎｍ，长度约为１．５～２ｍｍ的超晶格，内量子效率达８０％以上。     

生长在Ge_xSi_（1－x）（001）衬底上应变GaAs层的光学性质

采用紧束缚方法计算了生长在ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１）衬底上的应变ＧａＡｓ层带间光跃迁的振子强度以及三次非线性光极化率，讨论了振子强度及三次非线性光极化率随衬底合金组分ｘ的变化关系。计算结果表明：对所有ｘ值，及随ｘ的变小而变小；及随ｘ的变小而变大。对ｎ型ＧａＡｓ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１），应变使和变小；对ｐ型ＧａＡｓ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１），应变使变大，但使变小。     

As~＋注入Si_（1－x）Ge_x的快速退火行为

用二次离子质谱对Ａｓ＋注入Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ的快速退火行为进行了研究．Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ样品中Ｇｅ组分分别为ｘ＝０．０９，０．２７和０．４３．Ａｓ＋注入剂量为２×１０（１６）ｃｍ（－２），注入能量为１００ｋｅＶ．快速退火温度分别为９５０℃和１０５０℃，时间均为１８秒．实验结果表明，Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ中Ａｓ的扩散与Ｇｅ组分密切相关，Ｇｅ组分越大，Ａｓ扩散越快．对于Ｇｅ组分较大的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ样品，Ａｓ浓度分布呈现“盒形”（ｂｏｘ－ｓｈａｐｅｄ），表明扩散与Ａｓ浓度有关．Ｓｉ１－ｘＧｅｘ样品中Ａｓ的快     

气态源分子束外延GeSi合金中的低温生长动力学研究

用气态源分子束外延（ＧＳＭＢＥ）法研究了ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金的低温（≤５００℃）生长动力学问题，所使用的源分别是乙硅烷和固态锗．在恒定的乙硅烷流量（４ｓｃｍ）Ｇｅ源炉温度（１２００℃）下，合金中的Ｇｅ组分ｘ随衬底温度的降低而升高；另一方面，当衬底温度（５００℃）和乙硅烷流量（４ｓｃｍ）保持恒定时，合金中的Ｇｅ组分ｘ最初随Ｇｅ源炉温度的升高而增大，当Ｇｅ源炉温度升高到一定值以上时，ｘ值不再随Ｇｅ源炉温度的升高而增大，而趋向于饱和在０．４５附近．基于乙硅烷及Ｈ原子在Ｓｉ原子和Ｇｅ原子表面上不同的吸附和脱附过程     

可调节势垒高度的Al／Si_（1—x）Gex肖特基接触

本文首次报道了Ａｌ／ｐ－Ｓｉ１－ｘＧｅｘ肖特基（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接触的制备与电学性质．Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ应变外延层采用快速加热、超低压化学气相淀积方法生长．实验表明，改变Ｇｅ组分ｘ的大小可以调节肖特基势垒高度．随着Ｇｅ组分的增大，肖特基势垒高度降低，其降低值与Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变层带隙的降低值相一致，界面上费米能级钉扎于导带下约０．４３ｅＶ处．文中还研究了ＳｉＧｅ合金层的应变弛豫以及Ｓｉ顶层对肖特基接触特性的影响．     

应变Si1—xGex层材料和Si／Si1—xGex器件物理参数模型

Ｓｉ／Ｓｉ１－ｘＧｅｘ异质结系统已成功地应用于高速数字、高频微波和光电器件中。对这些器件进行理解和分析时，往往受到应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ材料参数缺乏的制约。本文建立和给出了常温和低温下重要应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层材料和Ｓｉ／Ｓｉ１－ｘＧｅｘ器件物理参数模型，对Ｓｉ／Ｓｉ１－ｘＧｅｘ异质结器件的理解、研究和设计有重要的实际意义。     

Si1—xGex合金半导体及其应用

Ｓｉ１－ｘＧｅｘ合金及其与Ｓｉ构成的应变层异质结构，量子阱、超晶格是近年来迅速发展起来的一种具有广阔应用前景的半导体微结构材料，本文着重综述了Ｓｉ１－ｘＧｅｘ合金的结构，电学，光学性质及其广阔和应用价值。