Si(100)和Si(111)衬底上的同质分子束外延

用超高真空电子束蒸发系统进行了硅的同质分子束外延.发现采用适当的表面化学处理方法,然后在超高真空中加热,可以在较低温度下(800—814℃)获得清洁和平整的有序表面.Si(100)和Si(111)的外延分别在520℃和714℃进行,外延膜的结构和电学特性良好.     

用于分子束外延的反射式高能电子衍射仪

本文报道了我所最近研制成功的用于分子束外延的反射式高能电子衍射仪的用途、性能及特点。并介绍和讨论了调试结果。     

用分子束外延在Si(100)衬底上生长CdTe和HgCdTe

用分子束外延在Si(100)衬底上生长出CdTc。可以得到两种取向:当CdTe直接沉积在Si(100)衬底上时,所得到的取向为(100)B CdTe;当首先生长ZnTe中间层时,所得到的取向为(100)CdTe。(111)B取向层由旋转90°的两个畴组成,仅具有一个畴的取向层能够在取向偏差8°的Si(100)上生长。为达此目地,还需要发现其最佳取向偏差。用反射高能电子衍射,光致发光光谱,扫描电子显微镜和x射线研究了这些取向层的特性。利用分子束外延技术,在(111)B CdTe层上还生长出Hg_(1-x)Cd_xTe;而前者被沉积在Si(100)衬底上。     

以金属为缓冲层在Si(111)上分子束外延GaN及其表征

用电子束蒸发方法在Si(111)村底蒸发了Au/Cr和Au/Ti/AI/Ti两种金属缓冲层,然后在金属缓冲层上用气源分子束外延(GSMBE)生长GaN.两种缓冲层的表面部比较平整和均匀,都是具有Au(111)面掸优取向的立方相Au层.在Au/Cr/Si(111)上MBE生长的GaN,生长结束后出现剥离.在Au/Ti/Al/Ti/Si(111)上无AIN缓冲层直接生长GaN,得到的是多品GaN;先在800℃生长一层AIN缓冲层,然后在710℃生长GaN,得到的足沿GaN(0001)面择优取向的六方相GaN.将Au/Ti/Al/Ti/Si(111)在 800℃下退火20min,金属层收缩为网状结构,并且成为多晶,不再具有Au(111)方向择优取向.     

以金属为缓冲层在Si(111)上分子束外延GaN及其表征

用电子束蒸发方法在Si(111)衬底上蒸发了Au/Cr和Au/Ti/Al/Ti 两种金属缓冲层,然后在金属缓冲层上用气源分子束外延(GSMBE)生长GaN. 两种缓冲层的表面都比较平整和均匀,都是具有Au(111)面择优取向的立方相Au层. 在Au/Cr/Si(111)上MBE生长的GaN,生长结束后出现剥离. 在Au/Ti/Al/Ti/Si(111)上无AlN缓冲层直接生长GaN,得到的是多晶GaN;先在800℃生长一层AlN缓冲层,然后在710℃生长GaN,得到的是沿GaN(0001)面择优取向的六方相GaN. 将Au/Ti/Al/Ti/Si(111)在800℃下退火20min,金属层收缩为网状结构,并且成为多晶,不再具有Au(111)方向择优取向.     

Ni在Si(111)和Si(100)面上吸附的理论研究

采用集团模型和分立变分的 Xα方法研究 Ni原子在Si(111)顶位和三度开位吸附,以及在Si(100)四度位和桥位吸附的可能性,由体系的总能量最低确定稳定吸附位置,并在稳定吸附位讨论了Ni-Si成键特性和态密度.结果表明,只有当Si(111)表面弛豫情况下Ni原子才能沿[111]方向进入表面以下,但Ni原子也能沿[100]方向进入Si表面层.计算所得态密度与实验符合较好.比较所得的态密度和 NiSi_2/Si(111)的界面态密度表明位于表面下的Ni可能是生长NiSi_2的先兆.     

在Si(211)衬底上分子束外延CdTe的剪切应变

利用高分辨率X射线衍射技术对分子束外延CdTe（211）B/Si（211）材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的对称衍射面和非对称衍射面的倒易空间图,对CdTe缓冲层的剪切应变状况进行了分析.研究发现,对于CdTe/Si结构,随着CdTe厚度的增加,[1-1-1]、[01-1]两个方向的剪切角γ[1-1-1]和γ[01-1]都有变小的趋势,且γ[1-1-1]的大小约为γ[01-1]的两倍;对于CdTe/ZnTe/Si结构,ZnTe缓冲层的引入可以有效地降低CdTe层的剪切应变.     

在Si(211)衬底上分子束外延CdTe的晶格应变

文章利用高分辨率X射线衍射技术对分子束外延CdTe（211）B/Si（211）材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的对称衍射面和非对称衍射面的倒易空间图,对CdTe外延层的剪切应变和正应变状况进行了分析.研究发现,对于CdTe/Si结构,随着CdTe厚度的增加,[1-1-1]、[01-1]两个方向的剪切角γ[1-1-1]和λ[01-1]都有变小的趋势,且γ[1-1-1]的大小约为γ[01-1]的两倍;对于CdTe/ZnTe/Si,ZnTe缓冲层的引入可以有效地降低CdTe层的剪切应变.CdTe层的正应变表现为张应变,主要来源于CdTe和Si的热膨胀系数存在差异,而在从生长温度280℃降至室温20℃的过程产生的热应变.     

LSAT(111)衬底上ZnO单晶薄膜的分子束外延生长

利用射频等离子体辅助分子束外延技术,在LSAT(111)衬底上制备高质量ZnO单晶薄膜.研究了衬底表面预处理及生长温度对ZnO外延膜的生长过程、外延取向关系以及表面形貌的影响.发现在较低温度下生长ZnO时,薄膜中容易形成30°旋转畴,而在较高温度下,可完全消除薄膜中的旋转畴,得到具有单一畴的ZnO单晶薄膜,讨论了旋转畴的起源以及生长温度对于消除旋转畴的作用.锐利的3×3 RHEED图像验证了ZnO薄膜具有O极性.     

LSAT(111)衬底上ZnO单晶薄膜的分子束外延生长

利用射频等离子体辅助分子束外延技术,在LSAT(111)衬底上制备高质量ZnO单晶薄膜.研究了衬底表面预处理及生长温度对ZnO外延膜的生长过程、外延取向关系以及表面形貌的影响.发现在较低温度下生长ZnO时,薄膜中容易形成30°旋转畴,而在较高温度下,可完全消除薄膜中的旋转畴,得到具有单一畴的ZnO单晶薄膜,讨论了旋转畴的起源以及生长温度对于消除旋转畴的作用.锐利的3×3 RHEED图像验证了ZnO薄膜具有O极性.     

利用P-MBE在Si(111)衬底上生长氧化锌薄膜及其光学性质的研究

在Si(111)衬底上利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)生长氧化锌(ZnO)薄膜,研究了在不同衬底生长温度下(350～750℃)制备的ZnO薄膜的结构和光学性质．随着衬底温度的升高,样品的X射线及光致发光的半高宽度都是先变小后变大,衬底温度为550℃样品的结构及光学性质都比较好,这表明550℃为在Si(111)衬底上生长ZnO薄膜的最佳衬底温度;同时,我们还通过550℃样品的变温光致发光谱(81～300K)研究了ZnO薄膜室温紫外发光峰的来源,证明其来源于自由激子发射．     

气态源分子束外延AlxGa1-xAs(x=0～1)材料中Si的掺杂行为研究

研究了Si在AlxGa1-xAs(0≤x≤1)中的掺杂行为.为比较Al組份对Si掺杂浓度的影响,在用气态源分子束外延生长(GSMBE)掺Si n型AlxGa1-xAs(0≤x≤1)的所有样品时,n型掺杂剂Si炉的温度恒定不变.用Hall效应测量外延层的自由载流子浓度和迁移率,用X射线双晶衍射迴摆曲线测量外延层的组份.测试结果表明,当AlxGa1-xAs中Al组份从0增至0.38时,Si的掺杂浓度从4×1018cm-3降至7.8×1016cm-3,电子迁移率从1900 cm2/Vs降至100 cm2/Vs.这与AlxGa1-xAs材料的Γ-X直接—间接带隙的转换点十分吻合.在AlxGa1-xAs全组份范囲内,自由载流子浓度隨Al组份从0至1呈“V”形变化,在X=0.38处呈最低点.在x>0.4之后,AlxGa1-xAs的电子迁移随Al组分的增加,一直维持较低值且波动幅度很小.     

HgTe／CdTe超晶格的分子束外延生长和电容－电压谱研究

在ｐ－型ＨｇＴｅ／ＣｄＴｅ超晶格材料上制作金属－绝缘体－半导体（ＭＩＳ）结构．报道了ＨｇＴｅ／ＣｄＴｅ超晶格的分子束外延生长、器件制作和测量结果．研究表明，比较宽的ＣｄＴｅ势垒阻碍了少子（电子）到界面的迁移，在７７Ｋ强反型区域的低频电容不能达到绝缘层电容，类似于普通ＭＩＳ器件的高频Ｃ—Ｖ曲线．     

原子氢辅助分子束外延生长以GaAs材料性能的改善

利用深能级瞬态谱（ＤＬＴＳ）研究了常规分子束外延和原子氢辅助分不外延生长的掺杂Ｓｉ和Ｂｅ的ＧａＡｓ同质结构样品中缺陷的电这特性。发现原以辅助分子束外延生长的样品中缺陷的浓度与常规分子束外延生长的样品相比有明显的降低,这可解释为生长过程中原子对缺陷的原位中和与钝化作用。     

二元光学用于改善红外光学表面反射特性的研究

基于电磁场Ｍａｘｗｅｌｌ方程组及其边界条件，导出了二元光学器的严格耦合波衍射方程，分析了二元位相光栅的反射特性，在适当选取光栅的几何参数时，光栅的反射率可以减小到近似为零，这种减反射光栅的特性优于传统减反膜。     

ZnO纳米棒与Si(111)和Si(100)衬底的外延关系(英文)

运用热蒸发技术在Si(111)和Si(100)基片上制备了ZnO纳米棒。SEM表征显示,ZnO纳米棒的直径约100nm,长度均匀,大约3μm;XRD表征发现ZnO纳米棒沿[0001]晶向择优生长。通过实验结果与理论分析得出:对于Si(111)基片上的样品,大部分ZnO纳米棒沿6个对称方向生长,而且与基片之间的夹角为54.7°,ZnO与Si(111)的外延关系为[0001]ZnO‖[114]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[141]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[411]Si,或[0001]ZnO‖[4]Si。对于Si(100)基片上的样品,大部分ZnO纳米棒沿4个对称方向生长,与基片之间的夹角为70.5°,其外延关系为[0001]ZnO‖[114]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[14]Si,或[0001]ZnO‖[14]Si。通过比较分析得出Si基片可以控制ZnO纳米棒的生长方向。     

分子束外延CdTe（211）B／Si复合衬底材料

报道了用MBE的方法，在3英寸Si衬底上制备ZnTe／CdTe（211）B复合衬底材料的初步研究结果，该研究结果将能够直接应用于大面积Si基HgCdTe IRFPA材料的生长．经过Si（211）衬底低温表面处理、ZnTe低温成核、高温退火、高温ZnTe、CdTe层的生长研究，用MBE方法成功地获得了3英寸Si基ZnTe／CdTe（211）B复合衬底材料．CdTe厚度大于10μm，XRD FWHM平均值为120arc sec，最好达到100arc sec，无（133）孪晶和其他多晶晶向．     

THE STUDY OF Si(100)AND(111)SURFACES AND Ni MOLECULAR BEAM EPITAXY ON THEM BY RHEED

Clean Si(100)and(111)surfaces produced by the Ar~+ ion bombardment and high temperatureanealing techniques,and the epitaxial growth of Ni on them at room temperatue using molecular beammethod are studied by reflection high energy electron diffraction(RHEED).On the basis of experimentresults,Si(111)7×7 and its negative zone RHEED pattern,Si(100)2×1,Si(111)19~(1/2)×19~(1/2)Ni and Si(100)4×2Ni structures have been obtained,and the lattice structure of nickel silicides produced by epitaxy withlow growth rate(0.15-0.5per min)is the same as that of silicon substrate.     

核化密度对硅上生长异质外延金刚石膜的影响

本文利用扫描电子显微镜及Raman谱等研究了Si（100）上异质外延金刚石膜的生长．金刚石膜是由微波等离子体CVD法制备的。实验结果表明核化密度对Si（100）上异质外延金刚石膜生长有重要的影响．过低或过高的核化密度都不可能形成异质外延金刚石膜。