超薄层材料——八五研究工作建议

超薄层材料(诸如半导体超晶格、量子阱材料和有机分子的L-B膜等)在八十年代已被国际公认是当代最主要的一类材料,并进行了大力的研究。进入九十年代后,人们除了对超薄层材料的某些基础性问题继续进行研究外,从总体上看,把材料研究与器件研究紧密结合,研究开发以超薄层材料为基础的有应用前景的光电子器件将会成为主流。本文试图对“八五”超薄层材料的研究工作提出具体的建议,在此之前有必要对“

突出创新,发展我国的新材料

近年来,新材料的发展日新月异,特别是随着信息化和智能化的发展、功能材料的发展异常迅速,高温超导材料、金刚石膜、多孔硅和能发射兰绿光的氮化镓先后成为国际上关注的热点,成为人们争先恐后研究和开发的对象。翻开国际上最有影响的美国材料研究年会的目录,不论春季会议,还是秋季会议,各种各样的功能材料部在迅速发展,人们在研究它们的各种基础和技术问题,同时也在开发着新材料的应用。

电泳淀积图形化碳纳米管场发射阴极及其场发射特性研究

基于电泳和半导体工艺,制备了图形化的碳纳米管场发射阴极。用较高的电场激活碳纳米管薄膜,使得碳纳米管的场发射特性有了很大的改善,讨论了这一激活过程的物理机制。研究表明,这一激活过程可能的物理机制一方面是由于碳纳米管薄膜表面形貌发生了变化,增大了碳纳米管的场增强因子;另一方面是由于碳纳米管表面吸附的气体脱附,降低了碳纳米管的表面功函数。电场激活处理后,碳纳米管薄膜的开启电场为2.1 V/μm,应用电场为6 V/μm时,电流密度达到1.19mA/cm2。该图形化的碳纳米管场发射阴极可以应用到高分辨率场发射显示器。

在硅微尖上生长金刚石膜的研究

利用微波等离子体方法在硅微尖阵列上生长了金刚石膜，并利用SEM和X射线衍射对金刚石膜进行了研究．

可低压驱动的金刚石薄膜冷阴极特性研究

通过在金刚石薄膜表面沉积超薄金属薄膜作为栅极的方法,在10V左右的低压下观察到场发射现象,其发射电子的发散角度为10°左右,接近于面发射;而孤立的金刚石颗粒几乎观测不到场发射。金刚石薄膜的场发射可能来自晶间相。

生长温度对In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP的LPMOCVD生长影响

利用LPMOCVD技术在InP衬底生长了InxGa1-xAs材料 ,获得表面平整、光亮的In0 53 Ga0 47As外延层。研究了生长温度对InxGa1-xAs外延层组分、表面形貌、结晶质量、电学性质的影响。随着生长温度的升高 ,为了保证铟在固相中组分不变 ,必须增加三甲基铟在气相中的比例。在生长温度较高时 ,外延层表面粗糙。生长温度在 6 30℃与 6 5 0℃之间 ,X射线双晶衍射曲线半高宽最窄 ,高于或低于这个温度区间 ,半高宽变宽。迁移率随着生长温度的升高而增加 ,在 6 30℃为最大值 ,然后随着生长温度的升高反而降低。生长温度降低使载流子浓度增大 ,在生长温度大于 6

用化学方法制备硅场发射阵列

利用各向同性腐蚀液制备了硅微尖阵列。

缓冲层InxGa_(1-x)As组分对In_(0.82)Ga_(0.18)As结晶质量和表面形貌的影响

采用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)技术,两步生长法在InP衬底上制备In0.82Ga0.18As材料。研究缓冲层InxGa1-xAs的In组分对In0.82Ga0.18As结晶质量和表面形貌的影响。X射线衍射(XRD)用于表征材料的组分和结晶质量。用扫描电子显微镜(SEM)观察样品的表面形貌。实验结果表明,低温生长的缓冲层InxGa1-xAs的In组分影响高温生长的外延层In0.82Ga0.18As的结晶质量和表面形貌。测量得到四个样品的外延层In0.82Ga0.18As的X射线衍射谱峰半峰全宽(FWHM)为0.596°,0.468°,0.362°和0.391°,分别对应缓冲层In组分x=0.28,0.53,0.82,0.88,当缓冲层In组分是0.82时,FWHM最窄,表明样品的结晶质量最好。SEM观察四个样品的表面形貌,当缓冲层In组分是0.82时,样品的表面平整,没有出现交叉平行线或蚀坑等缺陷,表面形貌最佳。

MOCVD生长InP/GaInAsP DBR结构及相关材料特性

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法InP衬底上成功地制备了GaxIn1-xAsyP1-y/InP交替生长的分布布喇格反射镜(DBR)结构以及与之相关的四元合金GaxIn1-xAsyP1-y和InP外延层。利用X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)、低温光致发光(PL)光谱等测量手段对材料的物理特性进行了表征。结果表明,在InP衬底上生长的InP外延层和四元合金GaxIn1-xAsyP1-y外延层77K光致发光(PL)谱线半峰全宽(FWHM)分别为9.3meV和32meV,说明形成DBRs结构的交替层均具有良好的光学质量。X射线衍射测量结果表明,四元合金GaxIn1-xAsyP1-y外延层与InP衬底之间的相对晶格失配仅为1×10-3。GaxIn1-xAsyP1-y/InP交替生长的DBR结构每层膜的光学厚度约为λ/4n(λ=1.55/μm)。根据多层膜增反原理计算得出当膜的周期数为23时,反射率可达90％。

硅基籽晶上化学气相沉积金刚石薄膜及其场发射特性

通过控制电泳沉积(EPD)时间,在硅基片上沉积不同密度的金刚石籽晶。再用热丝化学气相沉积(HFCVD)设备,在硅基籽晶上合成多晶金刚石薄膜。薄膜中通常含有非金刚石相碳成分。用扫描电子显微镜(SEM)和Raman光谱对样品的表面形貌和成分进行了表征,测量了样品的场发射特性。比较并分析了样品的表面形貌和非金刚石成分上的差异对金刚石薄膜场发射特性的影响。

注入Si中的稀土离子Er^（3＋）的光学特性

用离子注入方法，将稀土离子Ｅｒ３＋注入到ｎ－Ｓｉ单晶中，通过对其低温（７７Ｋ）光致发光光谱的测量，研究其光学特性．结果表明，注入剂量控制在１×１０１２ｃｍ－２～１×１０１５ｃｍ－２范围，退火温度控制在９００℃～１１００℃时，样品的主要发光峰值位于１．５４μｍ左右．研究了样品的光致发光光谱随注入剂量、退火温度的变化关系，给出峰值在１．５４μｍ附近的未分辨开的谱线的半宽为１６．４ｍｅＶ．

InGaAsP多量子阱微盘激光器

采用湿法化学腐蚀在气源ＭＢＥＩｎＧａＡｓＰ多量子阱材料上制作了微盘型激光器，直径８μｍ的微盘激光器表现出很好的单模激射特性，阈值泵浦功率为１７０μＷ，激射线宽为１．５ｎｍ．

Ⅴ/Ⅲ比对InGaAs/InP的LPMOCVD生长的影响

介绍了利用LPMOCVD技术在InP衬底上生长In0 .53 Ga0 .4 7As材料 ,获得表面平整、光亮的In0 .53 Ga0 .4 7As外延层。研究了Ⅴ /Ⅲ比对表面形貌、结晶质量、电学质量的影响。在Ⅴ /Ⅲ比较低时 ,表面粗糙 ,要获得镜面状的表面形貌 ,Ⅴ /Ⅲ比必须大于 4 0。Ⅴ /Ⅲ比对外延层结晶质量有影响。迁移率和本征载流子浓度随着Ⅴ /Ⅲ比的增加而增大。

SrWO_4薄膜的电化学制备及室温光致发光特性

在室温条件下,采用恒电流电化学方法直接在钨片基体上制备了白钨矿结构的SrWO4晶态薄膜。电化学反应的工艺参数为:电流密度为1mA/cm2、电解液的pH值为12.5、电化学处理时间为1.5h。采用XRD、SEM、XPS技术对制备的SrWO4薄膜进行了表征;首次测试了制备的SrWO4薄膜的室温光致发光光谱,结果表明SrWO4薄膜受到波长为325nm的激光激发后,在400nm附近有一较强的发射光谱,同时在450～580nm波段之间有一个宽的谱带。

多孔硅发光与量子尺寸效应的实验研究

利用电化学阳极腐蚀的方法制备了多孔硅膜，实验发现多孔硅膜为多层结构，表面层为纳米结构，其余为微米结构，多孔硅的物理及化学结构的研究表明多孔硅是一种表面上含硅、氧、氢、氟元素组成的化合物包覆着的纳米晶硅粒和微米硅丝．多孔硅的发光主要来自表面纳米结构层，亚微米结构层并未见发光，从实验上证实了多孔硅的发光与量子尺寸效应紧密关联．

稀土铒离子注入多孔硅的发光

稀土离子Ｅｒ注入多孔硅中．在３５０ｋｅＶ能量，１×１０（１２）～１×１０（１５）／ｃｍ２剂量范围内，注入后的多孔硅仍保持明亮的可见光发射．退火后，在近红外区测到１．５４μｍ附近Ｅｒ（３＋）的特征发射．其发射强度比硅单晶对照样品明显增强，实验表明这增强作用来源于多孔硅的表面发光层．电化学制备过程中在表面层中带入的Ｏ、Ｃ、Ｆ等多种杂质可能是Ｅｒ（３＋）发光增强的原因．

非致冷In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP红外探测器研究

采用LPMOCVD技术生长了InGaAs红外探测器器件结构材料,其晶格失配为2.19×10-4.利用锌扩散制备探测器单元器件,光谱响应范围为0.90～1.70μm,在1.95V偏压下,暗电流为5.75×10-5A,在反向偏压为-5V时,电容为6.96×10-12F.探测器波段探测率为2.08×1011cmHz1/2W-1.

MBE生长的垂直堆垛InAs量子点及HFET存储器件的应用

用MBE设备以Stranski Krastanov生长方式外延生长了5个周期垂直堆垛的InAs量子点,在生长过程中通过对量子点形状、尺寸的控制来提高垂直堆垛InAs量子点质量和均匀性。用原子力显微镜(AFM)进行表面形貌的表征,并利用光致发光(PL)和深能级瞬态谱(DLTS)对InAs量子点进行观测。所用Al0 5Ga0 5As势垒外延层,对镶嵌在其中的InAs量子点有很强的量子限制作用,并产生强量子限制效应,可以把InAs量子点的电子和空穴能级的热激发当作"深能级"的热激发来研究,这样可用DLTS方法进行测量。在垂直堆垛的InAs量子点的HFET器件中,由充电和放电过程的IDS VGS曲线可以看到阈值电压有非常大的移动,这样便产生存储效应。

高效可见光发射多孔硅的红外光致发光表征

研究了７７Ｋ下高效可见光发射多孔硅材料的红外光效发光光谱。

模拟研究常闭和常开工作模式下的平面栅极型碳纳米管场发射电子源

采用数值模拟的方法对比性地研究了常闭和常开工作模式下平面栅极型碳纳米管场发射电子源。静电场的数值计算结果显示:常闭工作模式下该电子源中阴极电极的表面电场分布不均匀,边缘处的高电场易导致其上的碳纳米管烧毁,从而引起场发射电流衰减。为了解决此问题,提出将常开工作模式用于该电子源,并证实常开工作模式能够用于该电子源,并有利于解决电流衰减问题。因此,相对于常闭工作模式,常开工作模式更适合平面栅极型碳纳米管场发射电子源。