杂质对硅单晶机械性能影响的电子理论研究

根据位错理论建立了Si中纯净及掺杂60°位错模型,利用Recursion方法计算了Si中纯净及掺杂60°位错这种典型环境下的能量和电子结构,由此得出:N、O杂质在位错区比在非位错区更稳定,且O优先偏聚于位错,不过当O含量不高时,N、O可以同时偏聚于位错;在位错芯处原子除受近邻Si原子的作用外,还要受到杂质原子的钉扎作用,且N 的这种作用比O强,这就从电子理论上解释了掺杂适量的氮可以提高Si的强度和抗翘曲度的事实.     

电气和电子工程用材料科学

TG1112006030109钢铁材料中刃位错与溶质原子的交互作用/张国英,刘春明,张辉,赵子夫(东北大学材料与冶金学院)//东北大学学报(自然科学版).―2005,26(10).―972～974.通过计算机编程建立了钢铁中铁素体相中的1/2[111]刃位错的原子结构模型,用实空间的连分数方法计算了碳、氮及合金元素在完整晶体及位错区引起的总结构能和环境敏感镶嵌能,讨论了碳、氮及合金元素在位错区的偏聚及交互作用。计算结果表明:轻杂质C,N易偏聚于位错芯处;强、中碳化物形成元素(Ti,V,Nb,CT)易偏聚于刃位错线上,非碳化物形成元素Ni偏聚于位错线下方的弹性扩张区;…     

FEC法生长Si和In双掺GaAs单晶生长技术

研究了几种消除LEC GaAs材料的位错措施以降低温度梯度从而尽可能降低晶体的热应力。掺入等电子In或Si使杂质硬化,为了抑制晶体表面产生位错,开发了全液封切克劳斯基(FEC)晶体生长技术。结合以上三种技术开发出了Si和In双掺FEC GaAs单晶生长技术以消除位错。采用此技术已生长出半导体低位错密度的GaAs晶体,经证实这种掺Si和In低位错GaAs衬底可以满足GaAs LED制作。     

原子探针层析方法研究690合金晶界偏聚的初步结果

利用脉冲电解抛光的方法制备了含有晶界的三维原子探针（3DAP）针尖样品,用原子探针层析方法（APT）研究了杂质原子在690合金晶界附近的偏聚情况。结果表明：样品经过固溶处理并在500℃～0.5 h时效后,碳化物仅在部分有利于形核的晶界位错纠结处析出,大小为5～10 nm。用三维原子探针可观察到晶界处杂质原子的偏聚现象,C主要偏聚在晶界附近1个原子层内,Si和P偏聚在晶界附近约2个原子层的厚度内。根据这些元素的偏聚数据,讨论了它们发生偏聚时的规律。     

掺杂机制的电子能量损失谱（EELS）研究

近年来宽禁带半导体的研究发展十分迅速。P型掺杂及稀磁掺杂问题都是目前研究的热点。例如：氧化锌（ZnO）的P型掺杂，氧化锌、氮化镓的过渡金属元素掺杂等等。虽然实验上取得了一定的进展，但其掺杂机制并不十分清楚。尽管理论上已经有很多相应的掺杂模型，但如何从实验上确定实际样品中杂质原子所处的原子位置并不容易，因而理论模型也就难以得到验证。在本工作中，我们给出一种电子能量损失谱理论计算和实验相结合来确定杂质原子所处的原子位置的方法。这种方法并不仅仅局限于对掺杂机理的研究，还可以推广到其它缺陷的研究，如：空位、界面、位错等。     

掺杂 β-FeSi2光电特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对B,N,Al,P掺杂的β-FeSi2的几何结构,电子结构和光学性质进行了计算和分析。结果表明,几何结构不仅受掺杂原子种类的影响,还和掺杂的位置有关;Al和P倾向于置换SiI位的Si原子,而B和N则倾向于置换SiII的Si原子;B和Al的掺入使β-FeSi2成为p型半导体,而N和P的掺入使它成为n型半导体;光学性质计算表明：N掺杂对β-FeSi2的复介电函数影响很小,B,N,Al和P的掺入能够在低能区增强电子跃迁,提高折射率和反射作用,并在反射率的最大值处削弱反射作用。这些结果为光电子材料β-FeSi2的设计和应用提供了理论指导。     

Ga/AsCl_3/H_2系统VPEGaAs的等电子掺杂研究

本文用双室Ga/AsCl_3/H_2开管系统实现了各种等电子掺杂浓度的GaAs汽相外延,并首次对此进行了较为详细的动力学理论和实验研究。对少量的In在GaAs外延层中的行为及其机理进行了初步探讨,提出了等电子掺杂使位错线附近In杂质凝聚,导致外延层中位错密度减小的观点,通过等电子掺杂技术,与相同工艺条件下的普通外延层相比,其迁移率提高60％,位错密度下降1/2,杂质含量和深能级信号明显减少。以此为缓冲层,制备的Si/n~-/n/n~+多层结构GaAs材料,用于高频低噪声场效应器件,夹断干脆,饱和特性好,单位栅宽跨导提高20％。     

n型4H-SiC材料中位错的电学特性研究

研究位错的电学特性对于研究器件可靠性具有重要意义.文章利用拉曼散射技术在室温条件下研究了n型4H-SiC材料中位错电学特性.结果表明:螺型位错(TSD)、刃型位错(TED)的电子浓度均高于无位错区,且TSD电子浓度高于TED.结合位错结构分析认为:TED中心的半原子面存在不饱和Si键,该键通过吸附电子使其饱和并达到稳定状态,因此TED中心俘获了比无位错区更多的电子;TSD结构中,位错区域原子间的拉应力导致该区域Si原子电负性增高,因而俘获电子形成比无位错区高的电子分布.     

Si/SiGe-OI应变异质结构的高分辨电子显微分析

为了研究失配应变的弛豫机理,利用高分辨电子显微镜(HREM)对超高真空化学气相沉积(UHVCVD) Si/SiGe-OI材料横截面的完整形貌和不同层及各层之间界面区的高分辨晶格像进行观察.发现此多层结构中存在60°位错和堆垛层错.结合Matthews和Blakeslee提出的临界厚度的模型和相关的研究结果对60°位错组态的形成和存在原因进行了分析.在具有帽层结构的Si1-xGex应变层靠近基体一侧的界面中仅存在单一位错,验证了Gosling等人的理论预测结果.     

硅/硅直接键合的界面杂质

用SIMS和扩展电阻测试研究了常规p~+/n和n~+/n硅/硅键合界面的杂质O,H,C,N,Fe,Ni以及掺杂原子B,P的行为。经1 100℃ 1小时键合后,界面的H消失;O,C,N稳定;重金属杂质Fe,Ni仍在界面附近;掺杂原子B,P的扩散小于2μm。