原子层淀积制备金属氧化物薄膜研究进展

原子层淀积(ALD)技术作为一种先进的薄膜制备方法近年来越来越得到重视,它能精确地控制薄膜的厚度和组分,实现原子层级的生长,生长的薄膜具有很好的均匀性和保形性,因而在微电子和光电子等领域有广泛的应用前景。本文综述了ALD技术的基本原理,及其在金属氧化物薄膜制备上的研究进展。     

原子层淀积Al_2O_3薄膜表面自组装Au纳米颗粒及其热稳定性

在原子层淀积的A12O3薄膜表面自组装生长Au纳米颗粒,研究了Au纳米颗粒的自组装过程和热稳定性,结果表明,原子层淀积的A12O3薄膜表面很容易吸附氨丙基三甲基硅烷(APTMS),有利于Au纳米颗粒的自组装,生长出的Au纳米颗粒尺寸为5-8 nm,密度约为4x1011cm-2,在300℃氮气中退火使Au纳米颗粒的尺寸增大,但是没有改变APTMS的吸附状态和Au的化学组成.当退火温度提高到450℃时,Au纳米颗粒发生明显的团聚,且分布变得极不均匀.     

用于分子束外延的喷射炉的研制

一、引言分子束外延(MBE)是新近发展起来的制备化合物半导体薄膜的方法。生长过程包含一个或多个热分子束或原子束与晶体表面在超高真空(10~(-9)～10~(-10)托)条件下的反应。依照粘附系数的差别,严格控制入射分子流或原子流。外延薄膜的结构随分子束的相对流量改变,保持严格的化学配比。晶体生长受分子束相互作用的动力学过程支配,而异于常规的化学汽相淀积(VPE)和液相外延(LPE)中的准热力学平衡。分子束外延是在基础研究中出现的外延生长新方法。分子束外延能够精确地控制外延层的厚度和均匀性。例如,用计算机控制的分子束外延设备已生长出低于10(?)厚度的GaAs和     

Ge组分渐变的Si1-x-yGexCy薄膜的制备

用化学气相淀积方法在Si（100）衬底上外延生长了Ge组分最高约0．40的组分渐变的Si1-x-yGexCy合金薄膜,研究了生长温度等工艺参数的影响．结果表明,生长温度和C2H4分压的提高均导致薄膜中碳组分的增加和合金薄膜晶格常数的减小,这表明外延薄膜中的C主要以替位式存在．C掺入量的变化可有效地调节薄膜的禁带宽度,而提高生长温度有助于改善Si1-x-yGexCy薄膜的的晶体质量．组分渐变的Si1-x-yGexCy合金薄膜包括由因衬底中Si原子扩散至表面与GeH4．C2H4反应而生成的Ni1-x-yGexCy外延层和由Ni1-x-yGexCy外延层中Ge原子向衬底方向扩散而形成的Ni1-xGex层．     

精确测定In_xGa_(1-x)N晶体薄膜中铟含量的卢瑟福背散射法研究

采用金属有机化合物气相淀积法(MOCVD)在蓝宝石上生长InxGa1-xN/Ga N晶体薄膜,Ga N缓冲层的厚度为2.5μm,InxGa1-xN晶体薄膜的厚度大约800 nm,通过光致发光光谱仪测量样品发光峰的峰值,确定铟镓氮晶体薄膜中铟分布的均匀性,取样品均匀性良好的铟镓氮晶片进行卢瑟福背散射实验,每个实验室测量6个样品,两个实验室共同完成,对数据进行分多层精确拟合分析,获得外延层中的xIn,xIn值由多层拟合结果的加权平均值和定值不确定度组成。研究结果表明:采用入射离子4He,能量为2 000 ke V,散射角为165°时,铟镓氮晶片中铟含量(x=20.46%)的相对测量不确定度为2.47%,包含因子k=2。     

Si基富Ge含量Si1-x-yGexCy异质结构的热退火行为研究

研究了Si基富Ge含量的Si1-x-yGexCy异质结构的热退火地为,采用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）法在Si(100）衬底上淀积一层厚度为170nm的Si1-x-yGexCy薄膜（x-0.7,y-0.15),并在其上覆盖－Ge层,将样品分别在650度和800度下进行N2氛围下热退火20min。用拉曼谱（Raman),俄歇电子能谱（AES）以及X射线光电子能谱XPS等方法对样品进行研究。研究结果表明,低温PECVD法生长的Si1-x-yGexCy薄膜是一种亚稳结构,Ge/Si1-x-yGexCy/Si异质结构在650度下呈现不稳定性,薄膜中的Ge,C相对含量下降,且在界面处出现Ge,C原子的堆积,经过800度下退火20min的样品中C 含量基本为0,Ge相对含量下降至约20％左右,且薄膜的组分比较均匀。     

生长参数对Si1-xGex: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-xGexC合金薄膜.本文通过能量色散谱仪乔(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-xGexC合金薄膜性质的影响.结果表明,Si1-xGexC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.     

原子层淀积 Al2O3薄膜的热稳定性研究

以Al（CH3）3和H2O为反应源，在270℃下用原子层淀积（ALD）技术在Si衬底上生长了Al2O3薄膜．采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）等分析手段对Al2O3薄膜的热稳定性进行了研究．结果表明刚淀积的薄膜中含有少量A-OH基团，高温退火后，Al-OH基团几乎消失，这归因于Al-OH基团之间发生反应而脱水．退火后的薄膜中O和Al元素的相对比例（1．52）比退火前的（1．57）更接近化学计量比的Al2O3．FTIR分析表明，在刚淀积的Al2O3中有少量的-CH3存在，CH3含量会随热处理温度的升高而减少．此外，在高温快速热退火后，Al2O3薄膜的表面平均粗糙度（RMS）明显改善，900℃热退火后其RMS达到1．15nm．     

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。     

Investigation of self-assembly growth and thermal stability of Au nano-particles on atomic-layer-deposited Al2O3 film

在原子层淀积的Al₂O₃薄膜表面自组装生长Au纳米颗粒,研究了Au纳米颗粒的自组装过程和热稳定性. 结果表明,原子层淀积的Al₂O₃薄膜表面很容易吸附氨丙基三甲基硅烷(APTMS), 有利于Au纳米颗粒的自组装, 生长出的Au纳米颗粒尺寸为5--8 nm, 密度约为4×10¹¹cm^-2. 在300℃氮气中退火使Au纳米颗粒的尺寸增大, 但是没有改变APTMS的吸附状态和Au的化学组成. 当退火温度提高到450℃时, Au纳米颗粒发生明显的团聚, 且分布变得极不均匀.     

微波等离子体化学气相淀积法生长取向性纳米氮化铝薄膜

采用微波等离子体增强的化学气相淀积法，在Si（111）衬底上生长了（002）择优取向良好的AIN纳米薄膜研究淀积参数对膜的形貌、物相结构和生长速率的影响，发现在一定条件下，该起积过程属于典型的输运控制过程采用表面吸附生长模型讨论了膜的生长机制     

磁控溅射制备银掺杂ZnO薄膜结构及光电性质研究

利用磁控溅射法在玻璃衬底上制备了银掺杂ZnO薄膜,通过改变制备条件生长了一系列样品,样品退火后呈现P型导电特性.测量了样品的结构特性、光学性质和电学性质,实验表明薄膜厚度与淀积时间、溅射功率分别呈近似线性关系;薄膜晶体质量随溅射功率、背景气压的增加而降低;退火过程是银元素形成受主的重要环节,且退火能有效提高薄膜晶体质量,改善薄膜的光学性质和电学性质.分析了这些影响的机理和来源.     

物理气相淀积成膜的计算机模拟

运用蒙特卡罗方法，模拟了不同条件下的物理气相淀积薄膜生长过程。在40×40个原子的简单立方单晶（100）面上，模拟计算了不同条件下所成简单立方单晶薄膜的生长情况，得出了覆盖率、成膜速率、稳定性与基体温度、蒸气压强的关系。模拟计算结果与理论和实验一致。     

低温 Hg 敏化光化学气相淀积 Si_3N_4薄膜

用光-CVD 技术,在100—200℃的温度下,在 Si 片上淀积出了 Si_3N_4薄膜。本文研究了薄膜淀积速率与淀积参数的关系,讨论了淀积的 Si_3N_4薄膜的物理性质、化学性质和力学性质。     

柔性衬底铝掺杂氧化锌透明导电膜的特性研究

室温下采用射频磁控溅射法在有机薄膜－聚丙烯己二酯（polypropylene adipate,PPA)衬底上制备出了ZnO:Al(AZO)透明导电膜。其它制备参数保持不变的条件下通过改变淀积时间得到厚度不同的薄膜，并对不同厚度AZO薄膜的结构特性、光学特性和电学特性进行了研究。     

原子层沉积生长速率的控制研究进展

原子层沉积生长技术(ALD)是以表面自限制化学反应为机制的薄膜沉积技术, 可以一层一层地生长薄膜。该技术具有生长温度低、沉积厚度精确可控、保形性好和均匀性高等优点, 逐渐成为制备薄膜材料最具发展潜力的薄膜生长技术。作为ALD技术中一个关键的指标--生长速率, 不仅对沉积所得薄膜的晶体质量、致密度起重要作用, 更重要的是影响集成电路的生产效率。本文综述了近年来ALD生长机制和生长速率方面的研究结果, 以及ALD技术生长速率的影响因素, 并分析探讨了提高和改善ALD生长速率的方法以及研究趋势。     

Y_2O_3稳定的 ZrO_2薄膜材料的制备和电导性质的研究

以金属有机螯合物为源物质,采用低压等离子体化学气相淀积工艺(PCVD),成功地生长了 Y_2O_3稳定的 ZrO_3氧离子导体薄膜,对薄膜的化学组成、结构以及电导性能进行了研究。通过实验测量了等离子体条件下不同淀积参数对淀积速率的影响,探讨了各种参数对淀积过程的控制作用,进而为改进化学气相淀积工艺提供依据。     

多孔Al2O3陶瓷膜的修饰及其蒸汽分离性能的研究

采用原子层控制生长化学气相淀积方法对多孔γ -Al2 O3陶瓷膜进行缩孔修饰研究 .多孔陶瓷膜表层孔中淀积的Al2 O3大大减小了薄膜的孔径 .用缩孔修饰后的γ -Al2 O3陶瓷膜进行水蒸气分离实验 ,获得极好的分效果 ,相对湿度为 12 %时 ,水蒸气与氧气的分离系数达到 71.     

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。     

蓝宝石衬底上6H-SiC单晶薄膜的化学气相淀积生长

采用低压化学气相淀积方法以相对较低的生长温度(900～1050℃)在蓝宝石(0001)衬底上外延生长了6H-SiC单晶薄膜。其晶体质量和结构由X射线衍射谱和喇曼散射谱的测量结果得到确定。俄歇电子能谱和X射线光电子能谱的观察表明所制备的6H-SiC薄膜中的Si-C键的结合能为181．4eV,Si与C的原子比符合SiC的化学配比。扫描电子显微镜的分析显示6H-SiC外延层和蓝宝石衬底间的界面相当平整。由紫外及可见光波段吸收谱的结果得到所生长的6H-SiC的禁带宽度为2．83eV、折射系数在2．5～2．7之间。均与6H-SiC体材料的相应数据一致。