Si(100)衬底上SiC的外延生长

在1050℃下用Si2H6和C2H4在Si(100)衬底上外延生长了3C-SiC,生长前只通入C2H4将Si衬底碳化形成SiC缓冲层.碳化过程中C2H4与Si表面反应形成了SiC孪晶,但随着生长时间的延长,外延层转变为单晶层,其表面呈现典型的单晶SiC的(2×1)再构.从外延层的Raman谱观察到明显的SiC的TO和LO声子模;SEM观测结果表明,外延层的表面比较平整.     

Si(111) 衬底上3C-SiC的超低压低温外延生长

研究了发展一种Si衬底上低温外延生长3C－SiC的方法。采用LPCVD生长系统，以SiH4和C2H4为气源，在超低压（30Pa) ,低温（900℃）的条件下，在Si(111衬底上外延生长出高质量的3C－SiC薄膜材料。采用俄歇能谱（AES），X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）等分析手段研究了SiC薄膜的外延层组分，晶体结构及其表面形貌。AES结果表明薄膜中的Si/C的原子比例符合SiC的理想化学计量比，XRD结果显示了3C－SiC外延薄膜的良好晶体结构，AFM揭示了3C－SiC薄膜的良好的表面形貌。     

Ge基GaAs薄膜和InAs量子点MBE生长研究

采用分子束外延(MBE)法,在优化Ge衬底退火工艺的基础上,通过对比在(001)面偏<111>方向分别为0°、2°、4°和6°的Ge衬底上生长的GaAs薄膜,发现当Ge衬底的偏角为6°时有利于高质量GaAs薄膜的生长;通过改变迁移增强外延(MEE)的生长温度,发现在GaAs成核温度为375℃时,可在6°偏角的Ge衬底上获得质量最好的GaAs薄膜。通过摸索GaAs/Ge衬底上InAs量子点的生长工艺,实现了高效的InAs量子点光致发光,其性能接近GaAs衬底上直接生长的InAs量子点的水平。     

PLD方法生长ZnO/Si异质外延薄膜的研究

用脉冲激光沉积法在Si(111)衬底上制备了ZnO薄膜。RHEED和XRD测试表明,直接沉积在Si衬底上的ZnO薄膜为多晶薄膜,且薄膜的结晶质量随衬底温度的升高而下降。相比之下,生长在一低温同质缓冲层上的ZnO薄膜则展现出规则的斑点状RHEED图像,说明它们都是外延生长的高质量ZnO薄膜。XRD与室温PL谱分析表明,外延ZnO薄膜的质量随衬底温度的升高得到明显的改善。在650℃生长的样品具有最好的结构和发光特性,其(002)衍射峰的半高宽为0.185°,UV峰的半高宽仅为86meV。     

ICB方法外延CdTe单晶薄膜

用ICB外延技术在NaCl解理面和(100)GaAs衬底上外延的CdTe单晶薄膜,以透射电子衍射及RHEED分析,都表明获得了好的单晶结构及平滑膜面。外延取向关系为:GdTe(100)//NaCl(100);当衬底预处理温度为480℃时,CdTe(100)//GaAs(100);当预处理温度为580℃时,CdTe(100) (111)//GaAs(100)。实验发现,当坩埚内CdTe蒸气压足够高时,薄膜生长体现出团粒束淀积所特有的规律,即随着团粒能量的增大,CdTe外延膜的结构质量显著改善。在CaAs衬底上外延所得的最好的CdTe膜,其双晶衍射摆动曲线半高宽为630arc,     

用热壁外延法在CaAs(100)上生长ZnSe薄膜

用封闭和开口两种热壁外延法在GaAs(100)衬底上生长ZnSe薄膜。着重讨论了这两种方法对所生长薄膜质量的影响。α台阶仪的测量、X-射线衍射结果和Raman光谱的分析等一致表明,当实验偏离严格热壁外延技术时,所长薄膜的质量明显下降。在源温Tso=700℃、壁温Tw=550℃、衬底温度Tsu=320℃时,用封闭(严格)的热壁外延法成功地长出质量较佳的ZnSe(100)单晶薄膜。XPS测量分析表明此单晶薄膜中Zn和Se的成分比为1:1。     

分子束外延GaAs/Si异质结的生长和研究

使用自己研制的带有MBE系统的表面联合谱仪进行生长和研究GaAs/Si异质结。Si衬底经过重复氧化和去氧的化学腐蚀,随后热处理得到清洁完整的表面。Si上外延GaAs薄膜的生长过程是由低温、慢生长速率生成缓冲层和通常同质结外延两个阶段组成,通过RHEED、LEED、AES、喇曼散射和X光双晶衍射测量,对结果分析、讨论,表明生长的异质结是无C和O等杂质沾污的结晶材料,最初以岛状形式进行三维生长。形成的界面存在元素互扩散和3.83%晶格失配,从而导致GaAs外延层中有较大的缺陷密度。     

用于制备具有超光滑表面异质集成4英寸硅基砷化镓薄膜的高效离子剥离技术（英文）

在Si衬底上将单晶GaAs薄膜与其进行异质集成有望为硅基光电集成提供新的材料平台.本文基于对GaAs材料剥离机理的分析阐述,优化了GaAs薄膜转移工艺的离子注入条件.结果表明,相比于He离子单独注入,由于较小的热预算和注入后相对更低的缺陷密度, He/H离子共注入对于GaAs薄膜转移更高效.以Al₂O₃为键合介质层,通过优化的离子剥离技术成功地将4英寸GaAs薄膜转移到Si(100)衬底上.探索了包括化学机械抛光、臭氧辐照氧化和KOH清洗的表面处理工艺,以将转移后GaAs薄膜的表面质量提高到可以高质量外延的水平.在400°C退火1 h后,转移的GaAs薄膜单晶质量进一步提高, X射线摇摆曲线的半峰全宽仅为89.03 arcsec.     

Si(111)衬底上多层石墨烯薄膜的外延生长

利用固源分子束外延(SSMBE)技术, 在Si(111)衬底上沉积碳原子外延生长石墨烯薄膜, 通过反射式高能电子衍射(RHEED)、红外吸收谱(FTIR)、拉曼光谱(RAMAN)和X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等手段对不同衬底温度(400、600、700、800℃)生长的薄膜进行结构表征. RAMAN和NEXAFS结果表明: 在800℃下制备的薄膜具有石墨烯的特征, 而 400、600和700℃生长的样品为非晶或多晶碳薄膜. RHEED和FTIR结果表明, 沉积温度在600℃以下时C原子和衬底Si原子没有成键, 而衬底温度提升到700℃以上, 沉积的C原子会先和衬底Si原子反应形成SiC缓冲层, 且在800℃沉积时缓冲层质量较好. 因此在Si衬底上制备石墨烯薄膜需要较高的衬底温度和高质量的SiC缓冲层.     

UHV／CVD外延生长锗硅碳三元合金的应变研究

用超高真空化学气相沉积方法,在Si(100)衬底上生长掺C高达2.2%的Si1-x-yGexCy合金薄膜,外延层质量良好。用高分辨透射电子显微镜,X射线衍射,傅立叶红外吸收光谱以及拉曼光谱对外延层进行了检测。结果表明替代位C的加入,明显缓解了宏观上的应变,但在合金中仍存在着微观应变。     

立方结构PbSe薄膜在六角硒化镉单晶(0001)表面的外延生长研究

采用分子束外延技术在六角铅锌矿结构CdSe单晶基片(0001)表面生长了立方结构PbSe薄膜,通过对所生长PbSe薄膜的X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)分析,阐明了所生长立方PbSe薄膜与六角纤锌矿结构CdSe (0001)的外延关系,高分辨率TEM分析结果显示:CdSe基片与PbSe薄膜之间界面清晰,PbSe薄膜的晶体结构完整,其电子衍射谱的各级衍射斑点无明显畸变;XRD分析结果显示:所生长立方PbSe薄膜为(100)取向,PbSe薄膜与CdSe单晶的面内外延关系为PbSe[110]//CdSe[100],并呈现出三种不同面内取向晶粒镶嵌排列的微观结构,这表明:虽然六角铅锌矿结构CdSe (0001)面与立方PbSe(100)面具有不同的对称性,但仍能生长出高质量的PbSe薄膜,并为PbSe薄膜的应用奠定了可能。     

在GaAs(100)衬底上离化团束外延ZnSe单晶薄膜

ZnSe是一种理想的蓝紫色发光材料，用于制作发光器件有较大的应用前景，采用单源喷发、离化原子团束（ICB）技术在GaAs（100）上外延ZnSe单晶薄膜，并用电子能谱分析了外延薄膜的成分。用X射线衍射和RHEED研究了外延ZnSe单晶薄膜结构和外延质量。研究了淀积能量和衬底温度对薄膜质量的影响。得到了摆动曲线半高宽为133rad·s，并具有原子水平平整程度的ZnSe（100）单晶薄膜。外延薄膜存在0．2～0．4μm的应变过渡层，过渡层随淀积能量的增大而变薄。     

Si(111)衬底上3C-SiC的固源MBE异质外延生长

国内首次利用固源分子束外延(MBE)技术,在衬底温度为1100℃时,以Si(111)为衬底成功地外延生长出了3C-SiC单晶薄膜。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)以及原位反射高能电子衍射(RHEED)等手段研究了外延薄膜的晶型、结晶质量、外延膜与衬底的外延取向关系,并考察了薄膜制备过程中衬底的碳化对薄膜质量的影响。结果表明,外延膜与衬底晶格取向完全一致;碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失配、释放应力、引入成核中心,有利于薄膜单晶质量的提高;碳化温度存在最佳值,这一现象与成核过程有关。     

硅碳比对Si(111)表面SSMBE异质外延SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)生长技术, 在不同的硅碳蒸发速率比(Si/C)条件下, 在Si(111)衬底上生长SiC单晶薄膜. 利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等实验技术, 对生长的样品形貌和结构进行了研究. 结果表明, 在Si/C比(1.1:1.0)下生长的薄膜样品, XRDω扫描得到半高宽为2.1°; RHEED结果表明薄膜具有微弱的衍射环, 有孪晶斑点. 在Si/C比(2.3:1.0)下生长的薄膜, XRDω扫描得到的半高宽为1.5°, RHEED显示具有Si的斑点和SiC的孪晶斑点. AFM显示在这两个Si/C比下生长的样品表面都有孔洞或者凹坑, 表面比较粗糙. 从红外光谱得出 薄膜存在着比较大的应力. 但在Si/C比(1.5:1.0)下生长的薄膜样品, XRDω 扫描得到的半高宽仅为1.1°; RHEED显示出清晰的SiC的衍射条纹, 并可看到SiC的3×3表面重构, 无孪晶斑点; AFM图像表明, 没有明显的空洞, 表面比较平整. FTIR谱的位置显示, 在此Si/C比下生长的薄膜内应力比较小. 因此可以认为, 存在着一个优化的Si/C比(1.5:1.0), 在这个Si/C比下, 生长的薄膜质量较好.     

Si(111)衬底上HVPE GaN厚膜生长

在Si(111)衬底上,以MOCVD方法高温外延生长的AIN为缓冲层,使用氮化物气相外延(HVPE)方法外延生长了15Km的c面GaN厚膜.并利用X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)、拉曼光谱(Raman)等技术研究了GaN厚膜的结构和光学性质.分析结果表明,GaN厚膜具有六方纤锌矿结构,外延层中存在的张应力较小,...     

UHV／CVD外延生长锗硅碳三元合金的应变研究

用真高真空化学气相沉积方法,在Si(100)衬底上生长掺C高达2．2％的Si1-x-yGexCy合金薄膜,外延层质量良好。用高分辨透射电子显微镜,X射线衍射,傅立叶红外吸收光谱以及拉曼光谱对外层进行了检测,结果表明：替代位C的加入,9明显缓解了宏观上的应变,但在合金中仍存在着微观应变。     

新型硅基双异质外延SOI材料Si/γ-Al2O3/Si制备

异质外延法是目前制备新型SOI材料的技术途径之一。采用低压化学气相沉积技术(LPCVD)在硅衬底上先外延γ-Al2O3绝缘单晶薄膜，制备出硅衬底上外延氧化物外延结构γ-Al2O3/Si(EOS)，然后采用类似SOS薄膜生长的常压CVD(APCVD)方法在EOS上外延硅单晶薄膜，形成新型硅基双异质SOI材料Si／γ-Al2O3／Si。利用反射高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)及MOS电学测量等技术表征分析了Si(100)／γ-Al2O3(100)／Si(100)SOI异质结构的晶体结构、组分和电学性能。测试结果表明，已成功实现了高质量的新型双异质外延SOI结构材料Si(100)／γ-Al2O3(100)／Si(100)，γ-Al2O3与Si外延薄膜均为单晶，γ-Al2O3薄膜具有良好绝缘性能，SOI结构界面清晰陡峭，该SOI材料可应用于CMOS电路的研制。     

生长参数对Si_(1-x)Ge_x∶C合金薄膜中元素分布的影响

用化学气相淀积方法在Si(100)衬底上外延生长Ge组分渐变的Si1-xGex∶C合金薄膜。本文通过能量色散谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对合金薄膜的元素深度分布和表面形貌进行了表征,分析研究了外延层的生长温度、生长时间对Si1-xGex∶C合金薄膜性质的影响。结果表明,Si1-xGex∶C外延层生长温度和生长时间一定范围内的增加加强了岛与岛之间的合并,促进了衬底Si原子向表面扩散、表面Ge原子向衬底扩散,且生长温度比生长时间对Si、Ge原子互扩散的影响大。     

Si基β-SiC薄膜外延生长技术研究

采用SiH4-C3H8-H2气体反应体系,通过常压化学气相淀积（APCVD）工艺在P型Si(100)衬底上进行了β-SiC薄膜异质外延生长。利用俄歇电子能谱、SEM及X射线衍射能谱进行了生长薄膜微结构分析。提出并讨论了外延生长β－SiC薄膜的最佳工艺条件及其生长机理。     

Mg2Si薄膜的磁控溅射制备及表征

采用直流磁控溅射的方法在Si(100)衬底上制备了Mg2Si外延半导体薄膜。通过XRD和FESEM对Mg2Si薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征,分析了溅射功率对Mg2Si薄膜制备的影响,得到了Mg2Si薄膜在不同溅射功率下的外延生长特性。结果表明,在Si(100)衬底上,Mg2Si薄膜具有(220)的择优生长特性,并且在50~80W的溅射功率范围内,随着溅射功率的增加,Mg2Si外延薄膜的衍射峰强度逐渐增强。