基于分子束外延技术可控制备Bi原子团簇的研究

本研究基于分子束外延(MBE)技术在Si(111)衬底表面成功制备金属Bi原子团簇.首先,分别在100℃、125℃、150℃、175℃、200℃的生长温度下,制备了大小均一、密度不同的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变生长温度来精细控制Bi原子团簇的密度,当温度升高100℃,密度从1.05×10^(11)cm^(-2)降低至2.5×10^(7)cm^(-2),实现对团簇密度4个数量级的可控调节,并且发现Bi原子团簇密度对生长温度的依赖性符合经典成核理论.其次,分别在10 s、15 s、20 s的沉积时长下,制备了密度相同、尺寸各异的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变沉积时长来精细控制Bi原子团簇的尺寸:当沉积时长增加10 s,高度和直径分别从8.5 nm和65 nm增大到13.7 nm和100 nm,实现对团簇尺寸在10 nm高度、80 nm直径范围的可控调节,并且发现Bi原子团簇尺寸对沉积时长的依赖性符合晶体生长动力学.与分子束外延制备传统的Ⅲ族(Al,Ga,In)原子团簇做对比,这些结果可以为制备Ⅴ族原子团簇提供实验参考和指导,从而促进纳米级含Bi材料的制备.

分子束外延设备国内外进展及展望

分子束外延(MBE)设备具有超高真空、超高精度、超高均匀性薄膜沉积等特点,是化合物半导体材料、器件制造的核心工艺装备,被广泛用于固态微波射频器件、半导体激光器、探测器等外延薄膜制备。本文在简要介绍MBE设备及技术特点的基础上,首先详细阐述了Riber、Veeco、DCA等国际知名厂商的MBE设备发展历程及产品现状;接着对中国电科48所(CETC48)、沈阳科仪(SKY)、费勉仪器(FERMI)等国内代表性厂商的MBE设备国产化进展情况进行介绍;最后对MBE技术的未来发展趋势进行了展望,并指出当前MBE设备国产替代恰逢其时,需要抓住机遇,克服挑战,快速推进我国MBE设备的技术迭代和产业化应用,为我国科技自立自强提供重要支撑。

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HgCdTeIRFPA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,XRDFWHM平均值为120arcsec,最好达到100arcsec,无(133)孪晶和其他多晶晶向.

用分子束外延在多孔硅衬底上外延单晶硅来实现SOI结构

用 HF溶液对单晶Si片进行阳极化处理,形成多孔 Si.将多孔Si衬底放入超高真空室在小剂量的Si原子束辐照下进行加热处理,在较低温度下(725—750℃)获得了清洁有序的表面.用分子束外延在多孔Si上生长了1-2μm的单晶Si膜,其卢瑟福背散射沟道产额极小X_(min)<3％,表明外延膜的单晶性能良好.SOI结构已通过随后的侧向氧化多孔Si层获得.

分子束外延HgCdTe薄膜As掺杂P型激活研究(英文)

报道了利用As4 作为掺杂源获得原位As掺杂MBEHgCdTe材料的研究结果.利用高温退火技术激活As使其占据Te位形成受主.对原位As掺杂MBEHgCdTe材料进行SIMS及Hall测试,证实利用原位As掺杂及高温退火可获得P型MBEHgCdTe材料.

As在HgCdTe分子束外延中的表面粘附系数

报道了用二次离子质谱分析 (SIMS)方法对As在碲镉汞分子束外延中的掺入行为的研究结果 .发现As在CdTe、HgCdTe表面的粘附系数很低 ,并与Hg的介入密切相关 .对于单晶HgCdTe外延 ,在 170℃生长温度下As的粘附率相对于多晶室温淀积仅为 3× 10 -4,在此生长温度下 ,通过优化生长条件获得了表面形貌良好的外延材料 .通过控制As束源炉的温度可以很好地控制As在HgCdTe层中的原子浓度 .

InAs/GaSb超晶格中波焦平面材料的分子束外延技术

报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外延生长技术研究.通过改变GaSb衬底上分子束外延InAs/GaSb超晶格材料的衬底温度,以及界面的优化等,改善超晶格材料的表面形貌和晶格失配,获得了晶格失配Δa/a=1.5×10-4,原子级平整表面的InAs/GaSb超晶格材料,材料77 K截止波长为4.87μm.

InSb薄膜分子束外延技术研究

InSb材料由于其优异的光电性能,一直是军事领域重要的红外探测器材料。而高温工作是InSb发展的一个重要方向,开发分子束外延InSb材料是实现高温工作的基础。本文采用分子束外延工艺生长获得了高质量的InSb薄膜,通过金相显微镜、X射线双晶衍射仪、原子力显微镜、SEM和EDX等检测手段对InSb外延膜进行表面缺陷、晶体质量表征和分析,并采用标准的InSb器件工艺制备128×128焦平面探测器芯片进行材料的验证,结果表明该材料性能可以满足制备高性能器件的要求。

分子束外延HgCdTe表面缺陷研究

采用 Ga As作为衬底研究了 Hg Cd Te MBE薄膜的表面缺陷 .借助 SEM分析了不同缺陷的成核机制 ,确定了获得良好表面形貌所需的最佳生长条件 .发现 Hg Cd Te外延生长条件、衬底表面处理等因素与外延层表面各种缺陷有关 .获得的外延层表面缺陷 (尺寸大于 2 μm)平均密度为 30 0 cm- 2 ,筛选合格率为 6 5 % .

ZnO的激光分子束外延法制备及X射线研究

利用激光分子束外延(L-MBE)技术在α-Al2O3(0001)衬底上生长出了沿C轴高度择优取向的ZnO外延薄膜,并采用Philips四晶高分辨X射线衍射仪(Philip′s X′Pert HR-MRD)对ZnO薄膜的表面及结构特性进行了研究.应用小角度X射线分析方法(GIXA)对ZnO薄膜的表面以及ZnO/Al2O3界面状况进行了定量表征.X射线反射率(XRR)曲线出现了清晰的源于良好表面及界面特性的Kiessig干涉振荡峰,通过对其精确拟合求得ZnO薄膜的表面及界面粗糙度分别为0.34nm和1.12nm.ZnO薄膜与α-Al2O3(0001)衬底的XRD在面(in-plane)Φ扫描结果表明形成了单一的平行畴(Alignedin-plane Oriented Domains),其在面外延关系为ZnO[1010]||Al2O3[1120].XRDω-2θ扫描以及ω摇摆曲线半峰宽分别为0.12度和1.27度,这一结果表明通过形成平行畴及晶格驰豫过程,ZnO薄膜中的应力得到了有效的释放,但同时也引入了螺位错.

3英寸Si基碲镉汞分子束外延工艺研究

随着红外焦平面阵列规模的扩大,由于尺寸和成本的限制,传统晶格匹配的碲锌镉衬底逐渐成为碲镉汞红外焦平面探测器发展的瓶颈,大尺寸、低成本硅基碲镉汞材料应运而生。本文采用分子束外延工艺生长获得了3 in Si基中波碲镉汞薄膜材料,通过采用金相显微镜、傅里叶红外光谱仪、双晶X射线衍射仪、湿化学腐蚀位错密度(EPD)法、Hall测试系统等检测手段对Si基中波碲镉汞分子束外延薄膜材料进行表面、光学、结构和电学性能表征,并采用标准平面器件工艺制备中波640×512焦平面探测阵列进行材料验证,结果表明该材料性能与国际先进水平相当。

Si基碲镉汞分子束外延工艺优化研究

报道了Si基碲镉汞(MCT)分子束外延(MBE)的最新研究进展,通过使用反射式高能电子衍射(RHEED)、高温计的在线测量建立和优化了3 in Si基碲镉汞生长温度曲线;通过二次缓冲层的生长进一步降低了界面能,获得的Si基HgCdTe材料在8μm的厚度下半峰宽达到90.72 arcsec,原生片位错密度(EPD)小于1×107 cm-2;采用此材料成功制备出了高性能的中波Si基1280×1024碲镉汞探测器。

Si基CdTe/HgCdTe分子束外延材料的位错抑制

基于GaAs/Si材料中位错的运动反应理论,修正获得CdTe/Si和HgCdTe/Si外延材料中的位错运动反应模型.采用快速退火方法对Si基HgCdTe外延材料进行位错抑制实验研究,实验结果与理论曲线基本吻合,从理论角度解释了不同高温热处理条件对材料体内位错的抑制作用.对于厚度为4～10μm的CdTe/Si进行500℃快速退火1 min,可使位错密度降低0.5～1个数量级,最好结果为2.5×105cm-2.

HgCdTe分子束外延In掺杂研究

报道了用 MBE方法生长掺 In的 n型 Hg Cd Te材料的研究结果 .发现 In作为 n型施主在 Hg Cd Te中电学激活率接近 10 0 % ,其施主电离激活能至少小于 0 .6 m e V.确认了在制备红外焦平面探测器时有必要将掺杂浓度控制在～ 3× 10 1 5 cm- 3水平 .比较了高温退火前后 In在 Hg Cd Te中的扩散行为 ,得出在 40 0℃温度下 In的扩散系数约为10 - 1 4 cm2 / s,并确认了 In原子作为 Hg Cd Te材料的 n型掺杂剂的可用性和有效性 .

不同厚度对分子束外延生长GaSb薄膜的影响

采用分子束外延(MBE)在GaAs衬底上生长GaSb薄膜,为了减小因晶格失配度较大所引起的位错密度,采用低温GaSb作为缓冲层。通过X射线双晶衍射仪和原子力显微镜分析得出,当低温GaSb缓冲层的厚度为20nm时,GaSb外延层中的位错密度最小,晶体质量最好。此外,缓冲层和外延层的厚度共同对GaSb薄膜晶体质量和表面形貌产生影响。

GaAs基GaSb薄膜的分子束外延生长与发光特性

研究了用分子束外延(MBE)在GaAs衬底上生长GaSb薄膜的工艺。为了减小因晶格失配度较大所引起的位错密度,采用低温GaSb作为缓冲层,有效降低了外延层中的位错密度,提高了晶体质量。通过X射线双晶衍射仪和原子力显微镜测试分析,得到低温GaSb缓冲层的优化生长参数:厚度为20nm,生长速率为1.43μm/h,V/III束流比为2.0。并在此基础上研究了GaSb薄膜的发光特性:GaSb薄膜的光致发光光谱主要由束缚激子(BE4)和施主-受主对(D-A)辐射复合发光峰组成,在50K时其发光峰强度最强,半峰宽最窄。

用等离子体辅助分子束外延生长氧化锌单晶薄膜

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)方法,通过优化生长条件,在c平面蓝宝石(Al_2O_3)上生长出氧化锌(ZnO)单晶薄膜。使用反射式高能衍射仪(RHEED)原位监测到样品表面十分平整,X射线摇摆曲线(XRC)测得ZnO薄膜的<002>取向半峰全宽为0.20°,证实为ZnO单晶薄膜。室温下吸收谱(ABS)和光致发光(PL)谱显示了较强的激子吸收和发射,且无深能级(DL)发光。电学性能测量表明,生长的ZnO为n型半导体,室温下载流于浓度为7×10^(16) cm^(-3),与体单晶ZnO中的载流子浓度相当。

昆明物理研究所分子束外延碲镉汞薄膜技术进展

碲镉汞(MCT)自从问世以来一直是高端红外(IR)探测器领域的首选材料,分子束外延碲镉汞技术具有低成本异质外延、材料能带精准调控、原位成结等优势,是第三代红外焦平面陈列(FPA)器件研制的重要手段。本文报道了昆明物理研究所分子束外延(MBE)MCT薄膜技术进展,包括材料结构、晶体质量、表面缺陷、材料均匀性、掺杂浓度等参数优化控制的研究结果。异质衬底、碲锌镉衬底上MCT薄膜尺寸分别为4英寸(10.16 cm)及2.5 cm×2.5 cm,材料EPD值分别在1×106 cm^-2附近及(3~30)×104 cm^-2范围,表面宏观缺陷密度分别在30 cm^-2附近及100~300 cm^-2范围,薄膜质量与国内外先进水平相当。采用分子束外延MCT薄膜实现了2048×2048中波红外(MWIR)、2048×2048短波甚高分辨率红外(SWIR)焦平面、640×512中短双色红外(S-MWIR)、320×256中中双色红外(M-MWIR)FPA探测器的研制和验证。

硅分子束外延中硼δ掺杂生长研究

利用硅分子束外延技术和Ｂ２Ｏ３掺杂源，成功地实现了硅中的硼δ掺杂，硼δ掺杂面密度ＮＢ可达３．４×１０１４ｃｍ－２（１／２单层）以上，透射电镜所示宽度为１．５ｎｍ．我们首次用原位俄歇电子能谱（ＡＥＳ）对硼在Ｓｉ（１００）表面上的δ掺杂行为进行了初步的研究，发现在ＮＢ＜３．４×１０１４ｃｍ－２时，硼δ掺杂面密度与时间成正比，衬底温度６５０℃，掺杂源温度９０００℃时，粘附速率为４．４×１０１３ｃｍ－２／ｍｉｎ；在ＮＢ＞３．４×１０１４ｃｍ－２时，粘附有饱和趋势，测量表明在硼δ掺杂面密度ＮＢ高达４．４×１０１４ｃｍ－２，都未观察到氧．我们还用反射式高能电子衍射（ＲＨＥＥＤ）和Ｃ－Ｖ测试对硼δ掺杂样品进行了观察．