MBE生长中缓冲层对InSb/GaAs质量影响的研究

用分子束外延(MBE)方法在GaAs(001)衬底上外延生长了InSb薄膜,并研究了异质外延InSb薄膜生长中缓冲层对材料质量的影响.采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线双晶衍射(DCXRD)等方法研究了InSb/GaAs薄膜的表面形貌、界面特性以及结晶质量.通过生长合适厚度的缓冲层,获得了室温下DCXRD半高峰宽为272",迁移率为64 300 cm2V-1s-1的InSb外延层.     

电学性能不反常的本征GaAs基InSb异质外延研究

采用三步工艺进行了GaAs基InSb的异质外延生长并结合实验数据和文献资料研究了生长温度和速率、InSb层的厚度、低温缓冲层质量和双In源工艺对材料Hall电学性能等的影响。发现温度和生长速率对室温载流子迁移率和本征载流子浓度影响不太大;晶体XRD FWHM随膜厚的增加而逐渐地减小;低温缓冲层的界面质量和厚度对表面形貌具有一定的影响,低温缓冲层的界面厚度不应小于30 nm,ALE低温缓冲层的方法可以降低局部表面粗糙度;实验发现在优化的工艺参数基础上采用双In源生长工艺可以生长出电学性能不发生反常的理想本征InSb异质外延薄膜材料。获得2μm厚GaAs基InSb层在300 K和77 K的Hall迁移率分别为3.6546×104 cm^2 V^-1 s^-1和7.9453×104 cm^2 V^-1 s^-1,本征载流子迁移率和电子浓度随温度的变化符合理论公式的预期。     

ALE法对InSb/GaAs异质薄膜电学性能的改进

以GaAs(100)为衬底,采用原子层外延(ALE)的方法在GaAs缓冲层和常规InSb外延层间引入85个周期约30 nm的InSb低温缓冲层,以快速降低InSb和GaAs界面间较大的晶格失配(14.6%)对外延层质量造成的不利影响,从而改进异质外延薄膜的电学性能。实验结果显示,ALE低温缓冲层能较快地释放晶格失配应力,降低位错密度。室温和77 K的Hall测试显示,引入低温ALE缓冲层生长的InSb/GaAs异质外延薄膜,其InSb外延层本征载流子浓度和迁移率等电学性能较常规的方法有着较大的改进。     

高质量InSb薄膜的MBE同质和异质外延生长

InSb是3~5 μm中波红外波段具有重要研究意义的材料。本文以单位内部生产的InSb(100)衬底为基础,通过摸索InSb(100)衬底的脱氧、生长温度和V/III束流比,获得了高质量的InSb同质外延样品,1.5 μm样品的表面粗糙度RMS≈0.3 nm(10 μm×10 μm),FWHM≈7 arcsec;采用相同的生长温度和V/III束流比并采用原子层外延缓冲层的方法在GaAs(100)衬底上异质外延生长本征InSb层,获得了较高质量的异质外延InSb样品,1.5 μm样品的室温电子迁移率高达6.06×104cm2 V-1s-1,3 μm的样品最好的FWHM低至126 arcsec。InSb材料的同质和异质外延优化生长可为高温工作掺Al的InSb器件结构的优化生长提供重要参考依据。     

InSb分子束外延原位掺杂技术研究

对InSb分子束外延薄膜的本征掺杂、N型掺杂以及P型掺杂进行了研究,其中分别以Be作P 型以及以Si、Te作N 型的掺杂剂。实验采用半绝缘的GaAs衬底作为InSb分子束外延用衬底,通过采用低温生长缓冲层技术降低大失配应力,获得高质量InSb外延膜。实验样品采用霍尔测试以及SIMS测试掺杂浓度和迁移率分析掺杂规律、掺杂元素偏聚和激活规律的影响因素。     

InSb/InAsSb Strained Layer Superlattice Grown by MBE

叙述了采用国产 MBE 装置,在 GaAs 或 InSb 衬底上生长 InSb,InAsSb薄膜材料一些基础研究工作。采用二步生长法在 GaAs 衬底上生长优质 InSb 薄膜,厚度4.8μm,其室温迁移率达到4.3×10~4cm~2V·s,载流子浓度为2.4×10~(18)cm~(-3),77K 时载流子浓度为7.49×10~(15)cm~(-3);并在生长各种类型 InAsSb 超晶格材料的基础上,首次生长了 InAs_(0·05)Sb_(0·95)/InSb 应变层超晶格结构材料,其周期厚度为21nm,InSb 应变层与 InSb 层之间的共格度为0.65,本文还将叙述制作 InAsSb 长波红外探测器的具体工艺及其一些想法。     

高Al组分In1-xAlx Sb/InSb的MBE生长研究

高Al(10%~15%)组分的In1-xAlx Sb层可作为势垒层以抑制隧穿暗电流、提高器件工作温度而显得很重要。采用分子束外延的方法对InSb(100)衬底高Al组分的In1-xAlx Sb/InSb外延生长进行了实验探索,确定出了Al组分(约12.5%)并讨论了Al组分梯度递变的In1-xAlx Sb缓冲层和生长温度对外延薄膜质量的影响。     

低Al组分In1-xAlxSb薄膜的MBE生长和优化

采用分子束外延的方法进行了低Al组分In1-xAlxSb薄膜的生长和优化。通过在InSb(100)衬底上外延生长一系列不同条件的In1-xAlxSb薄膜,分析总结了衬底的热脱氧特征以及InAlSb薄膜低Al组分(2%左右)的控制,探讨了退火和InSb缓冲层的优化等参数对In1-xAlxSb外延薄膜表面形貌和质量的影响。测试结果表明薄膜质量得到极大改进。     

InSb薄膜磁阻效应的厚度依赖性

在12~300K的温度范围内研究了InSb薄膜(利用MBE生长)的磁阻效应随厚度的变化关系.实验发现厚的InSb薄膜只能产生半经典(∝B2)磁阻效应.而减小薄膜厚度,在薄的InSb薄膜中会更容易出现弱反局域化效应,从而造成在低温下(35K)出现了一个异常的随温度增加而迁移率降低的趋势.我们发现该弱反局域化效应可用HLN模型拟合,证明了它可能来源于二维(2-D)体系,比如InSb的界面态.     

Si1-xGex:C缓冲层上Ge薄膜的CVD外延生长

用化学气相沉积方法,在Si(100)衬底上生长Si1xGex:C合金作为缓冲层,继而外延生长了Ge晶体薄膜.根据AES测量结果可以认为,缓冲层包括由衬底中的Si原子扩散至表面与GeH4,C2H4反应而生成的Si1-xGex:C外延层和由Si1-xGex:C外延层中Ge原子向衬底方向扩散而形成的Si1-xGex层.缓冲层上外延所得Ge晶体薄膜晶体取向较为单一,其厚度超过在Si上直接外延Ge薄膜的临界厚度,且薄膜中的电子迁移率与同等掺杂浓度(1.0×1019 cm-3)的体Ge材料的电子迁移率相当.     

InSb磁敏旋转传感器

InSb磁敏电阻是InSb旋转传感器的核心部件.研究了它的物理磁阻效应和几何磁阻效应.格子型磁敏电阻具有较大的灵敏度和初始值.将磁敏电阻设计成桥式电路,电阻条宽0.24mm,间隔0.04mm,总尺寸为3mm×4mm.齿轮的分度圆周节Pr=0.62πmm,模数m=0.62mm.     

隔离槽对锑化铟探测器芯片断裂的影响

液氮冲击中锑化铟(InSb)芯片的断裂现象制约着InSb红外焦平面探测器(IRFPAs)的成品率。在台面结光敏元阵列中,光敏元之间的隔离槽可能会引起应力集中,驱使InSb芯片中的位错线成核、扩展,导致InSb芯片断裂。为定量分析隔离槽对InSb芯片断裂的影响,建立了InSb IRFPAs结构分析模型,剖析了隔离槽结构的引入对InSb芯片前表面应力分布的影响,发现V型隔离槽槽底是应力集中点;随后在V型隔离槽底预置不同长度的初始裂纹以描述位错线的长短,得到能量释放率随预置裂纹长度之间的关系。经分析后认为:隔离槽确能引起InSb芯片中面内正应力在槽底处产生应力集中;该区域的应力集中有利于InSb芯片中位错线增长,贯穿InSb芯片,导致InSb芯片发生断裂;此外,与V型槽底重合的预置裂纹更易引起InSb芯片发生断裂。这些结论能够为分析InSb芯片的断裂提供新的视角。     

InSb材料的表征

InSb为直接带隙半导体材料,禁带宽度77 K时为0.232 eV,在3~5 μm红外探测器上有着重要的应用。本文介绍了InSb晶体材料应用及制备的发展情况,对InSb材料的晶体结构、热学性质、机械性能、光学性质和电学性质的表征进行了叙述。根据InSb材料的基本特性,对其制备发展过程中将可能出现的问题和研究方向进行了预测。     

Schottky barriers on InSb

Schottky barriers formed on air-cleaved InSb are found to be more reproducible and have less leakage than diodes fabricated by chemical processing. Etched surfaces yield diodes with large leakage currents and high series resistances whose values are correlated, i. e. , high series re-sistances have less leakage and vice versa. With air-cleaved surfaces the lowest leakage is observed when the surfaces adjoining the contact are covered with SiO₂. From C^-2 versus V data, barrier heights of 50 mV and 175 mV at 77K are measured for Au contacts to n- and p-type InSb, respectively. The current-voltage characteristics of Au contacts are consistent with these barriers, but the low-temperature field-emission behavior appears to be dom-inated by tunneling via traps. For Pb contacts, deep-level traps are in evidence that can lead to erroneous in-terpretations of C^-2 versus V voltage intercepts. The I-V data for Pb contacts suggest V_Bn ≈0 and V_Bp ≈E_g/q. Diodes fabricated on vacuum-cleaved surfaces have large leakage currents which result from the etching procedures introduced to isolate individual diodes.     

Emission of microwaves from InSb

Microwave emission at Qband from n- and p-type InSb subjected to applied electric and magnetic fields has been observed. Polar plots showing the dependence of the detected microwave signal on the angle between the applied electric and magnetic fields and the frequency are presented. The emission is studied at various fixed temperatures.     

Cyclotron waves in InSb

The propagation of cyclotron waves through InSb is studied. The frequency used was 140 GHz (λ = 2.14 mm) and the dc magnetic-field strength between 0 and 10 kG. Theory and experiments are in reasonable agreement.     

InSb晶片的显微拉曼研究

对热处理前后的InSb晶片进行了显微拉曼面扫描测试,开发了一种新的InSb晶片应力面分布表征方式。热处理前后InSb晶片的横向光学(Transverse Optical,TO)声子散射峰分别位于179.3 cm^-1和178.5 cm^-1;纵向光学(Longitudinal Optical, LO)声子散射峰分别位于188.8 cm^-1和188.7 cm^-1;特征峰的半峰宽分别为5.8 cm^-1和5.0 cm^-1。X射线双晶衍射曲线半峰宽值分别为12.10~20.04 arcsec和7.61~7.74 arcsec。用经热处理后的晶片制得的器件在80℃烘烤20天后,盲元增加量较小,整体数量较少。这表明热处理释放了晶片的残余应力,对后期抑制器件新增盲元存在有利影响,为新一代超高性能、超大面阵红外探测器的制备奠定了材料基础。     

Diffusion of cadmium into InSb

P?N junction techniques were used to study the diffusion of the acceptor cadmium into n-type InSb. The p?n junctions were delineated at room temperature by applying an anodic stain process. Diffusions made with a source selected from the InSbCd phase diagram were found to yield reproducible junction depths which varied as the square root of time at fixed temperature. Planar diffusion interfaces were observed which produced diodes with abrupt junction behavior.     

Coplanar-electrode thin-film InSb transistor

A thin-film transistor, using very thin flash-evaporated and annealed InSb films as semiconductor in a coplanar-electrode structure, is characterized by a relatively large transconductance and a well-defined saturation region.     

Hot-Carrier InSb microwave modulation

The microwave power absorbed by a rod of p type InSb in Q band waveguide decreased by up to 9 dB when electric fields of up to 126 V/cm were applied to it, probably owing to a hot-carrier effect.