SiO_2衬底上外延横向覆盖生长单晶硅薄膜的研究

本文论述了SOI方法之一——ELO(外延横向覆盖生长)技术的特点和工艺方案。利用射频加热卧式常压外延设备进行了系统的工艺研究,重点探讨了如何提高ELO层的质量和如何减少单晶缺陷的问题。分别在10微米和15微米宽的SiO_2条状图形上生长出了硅单晶层,检测分析了ELO层的结构特性。基于ELO工艺的特点提出了利用HCl在位抛光减薄ELO层的工艺。

Si(111)衬底上IBE法外延生长β-FeSi_2薄膜的研究

本文采用质量分析的低能离子束外延法（以下简称IBE法）在Si（111）衬底上外延生长了β-FeSi2薄膜，并进行了X射线衍射测量分析；与扫描电镜配合验证了β-FeSi2外延薄膜的形成．实验结果表明：所得β-FeSi2（101）或（110）面基本平行于Si（111）面，验证了Si（111）上β-FeSi2外延薄膜的形成；并对失配度做了精确的计算；薄膜形貌呈岛屿状分布，同时分析了生长条件对薄膜形貌的影响．

衬底温度对Si(111)衬底上MBE异质外延3C-SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)技术,在Si(111)衬底上异质外延生长3C-SiC单晶薄膜,通过RHEED、XRD、AFM、XPS等实验方法研究了衬底温度对薄膜结构、形貌和化学组分的影响.研究结果表明,1000℃生长的样品具有好的结晶质量和单晶性.在更高的衬底温度下生长,会导致大的孔洞形成,衬底和薄膜间大的热失配使降温过程中薄膜内形成更多位错,从而使晶体质量变差.在低衬底温度下生长,由于偏离理想的化学配比也会导致薄膜的晶体质量降低.

在Sr^(2+)：α-BBO单晶衬底上生长β-BBO薄膜的研究

采用液相外延法、脉冲激光沉积法以及气相传输平衡法在Sr^(2+)∶α-BBO(001)衬底上生长了质量优异的β-BBO薄膜,对薄膜进行了X射线衍射测试以及双晶摇摆曲线分析,结果表明,采用Sr^(2+)∶α-BBO单晶作为衬底制备的β-BBO薄膜具有高的择优取向度和低的半峰宽值．同目前制备β-BBO薄膜所采用的其他衬底材料相比,Sr^(2+)∶α-BBO和β-BBO之间具有结构相似、透光范围匹配以及化学稳定性匹配的优点,表明Sr^(2+)∶α-BBO单晶将是生长β-BBO薄膜的优异衬底材料．

Si(111)衬底上Mg_(2)Si薄膜的XRD和拉曼光谱研究

采用磁控溅射方法在Si(111)衬底上分别沉积不同厚度的Mg膜,然后低真空退火处理得到结晶良好的Mg_(2)Si薄膜。一定条件下,Mg膜的最优沉积厚度为2300 nm,对应的Mg_(2)Si(220)衍射峰最强。所有样品均出现256 cm^(-1)附近的拉曼散射峰,该峰归因于Mg_(2)Si的F_(2g)振动模,且该振动模的积分强度随膜厚增加先增加后减小,硅衬底上2300 nm Mg膜退火后的Mg_(2)Si样品的拉曼积分强度最强。

硅衬底Ba_(1-x)Sr_xNb_yTi_(1-y)O_3薄膜光敏特性的研究

利用硅平面工艺和氩离子束镀膜技术在SiO2/Si衬底上淀积一层厚45nm的钛铌酸锶钡(Ba1-xSrxNbyTi1-yO3)薄膜,制成Al/Ba1-xSrxNbyTi1-yO3/SiO2/Si结构平面型薄膜电阻器。测试了该薄膜电阻器的吸收光谱,不同照度、电压下的光电流,调制光下的频率特性。实验结果表明:在钛酸钡中掺入锶(Sr)和铌(Nb)后,禁带内引入了杂质能级,钛铌酸锶钡禁带宽度变为2.7eV,且可见光区域存在连续的吸收峰。该薄膜在近紫外及可见光范围内具有良好的光敏特性,其灵敏度和光电导增益较高,并且具有较好的线性光照特性。光照强度较低时,电阻器的光照特性属于单分子复合过程;光照强度较高时,电阻器的光照特性属于双分子复合过程。通过对该薄膜电阻器频率特性的测量得出:在光照度为200lx时,薄膜中光生载流子的寿命为27ms。

外延CeO_2高k栅介质层的结构及介电性能

利用脉冲激光沉积两步生长法在Si(111)衬底上制备了厚度为10～40 nm的外延CeO2薄膜,构建了Pt/CeO2/Si MOS结构,研究了CeO2薄膜的界面及介电性能。实验发现,界面处存在的电荷对MOS结构C-V特性的测量有较大影响,采用两步生长法制备的外延CeO2薄膜在保持较大介电常数的同时有效降低了界面态密度。由等效氧化物厚度-物理厚度曲线得出CeO2薄膜的介电常数为37;根据Hill-Coleman法计算出CeO2薄膜界面态密度为1012量级。

硅基锗硅驰豫衬底的外延生长

应用低温缓冲层的方法,采用超高真空化学汽相淀积法(UHV/CVD)在硅(100)衬底上外延出应变弛豫的低位错密度的锗硅(SiGe)薄膜,分别采用利用X射线双晶衍射和拉曼光谱仪、原子力显微镜和化学腐蚀位错坑等方法,对薄膜进行分析检测.结果表明,在300 oc低温时Ge量子点缓冲层上生长的SiGe外延层厚度仅为380 nm,弛豫度已达99%,位错密度低于1×10^5 cm^-2,表面无Cross-hatch形貌,表面且粗糙度小于2 nm.

Si衬底上外延3C-SiC薄层的XPS分析

采用 HFCVD技术 ,通过两步 CVD生长法 ,以较低生长温度 ,在 Si( 1 1 1 )和 Si( 1 0 0 )衬底上同时外延生长 3C- Si C获得成功 .生长源气为 CH4 + Si H4 + H2 混合气体 ,热丝温度约为2 0 0 0℃ ,碳化和生长时基座温度分别为 950℃和 92 0℃ ,用 X射线衍射 ( XRD)和 X射线光电子能谱 ( XPS)等分析手段研究了外延层的晶体结构、组分及化学键能随深度的变化 .XRD结果显示出 3C- Si C薄层的外延生长特征 ,XPS深度剖面图谱表明薄层中的组分主要为 Si和 C,且 Si/C原子比符合 Si C的理想化学计量比 ,其三维能谱曲线进一步证明了外延层中 Si2 p和与 Cls成键形成具有闪锌矿结构的 3C- Si

利用P-MBE方法在(400)Si衬底上生长ZnO薄膜

利用等离子体辅助分子束外延(P MBE)方法在(400)Si衬底上生长ZnO薄膜。为改善生长后样品的质量,把样品解理成三块后,在不同温度下氧气气氛中退火。通过X射线衍射(XRD)谱和光致发光(PL)谱进行表征,讨论了用P MBE方法在Si基上生长的ZnO的室温光致发光发光峰的可能原因。

AlN/Si(111)衬底上4H-SiC的CVD外延生长研究

利用CVD的方法在Al N/Si(111)衬底上成功实现了4H-SiC薄膜的异质外延生长,用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、喇曼散射(Raman scattering)对所得样品的结构特征、表面形貌等进行了表征测量。XRD测量结果显示得到的SiC薄膜具有单一的晶体取向;Raman散射谱线初步表明得到的SiC薄膜为4H型态。衬底温度过低,不利于Si、C原子选择合适的格点位置成键,外延薄膜晶体质量不高;衬底温度过高,H2的刻蚀作用和表面原子的解吸附作用增强,不利于SiC的成核生长。C/Si比过小,薄膜表面会形成Si的小液滴;C/Si比过大,薄膜中会产生Si空位形式的微缺陷。因此,研究表明在Al N/Si(111)衬底上外延4H-SiC的最佳衬底温度为1230~1270℃,较为理想的C/Si比值为1.3。

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。

利用CBE技术在Si衬底上生长GaAs薄膜

采用化学束外延（ＣＢＥ）技术，以三乙基镓（ＴＥＧ）和砷烷（ＡｓＨ３）为源，在Ｓｉ（００１）衬底上生长ＧａＡｓ薄膜．利用Ｈａｌｌ效应、卢瑟福背散射（ＲＢＳ）和高分辨率透射电子显微镜（ＨＲＴＥＭ）检测了外延层的质量．结果表明，ＧａＡｓ薄膜具有ｎ型导电性，载流子浓度为１．３×１０１５ｃｍ－３，其杂质估计是Ｓｉ，它来自衬底的自扩散．外延层的质量随着膜厚的增加而得到明显的改善．在ＧａＡｓ／Ｓｉ界面及其附近，存在高密度的结构缺陷，包括失配位错、堆垛层错和孪晶．这些缺陷完全缓解了ＧａＡｓ外延层和Ｓｉ衬底之间因晶格失配引起的应力，使ＧａＡｓ薄膜的上部分具有好的质量．

Bi_2Sr_2CaCu_2O_(8+δ)薄膜的分子束外延法制备及结晶性

在BiO-(Sr+Ca)O-CuO相图上的Bi_2Sr_2CaCu_2O_(8+δ)(Bi-2212)相附近选择不同成分,用分子束外延法制备成薄膜,利用XRD,EDS,SEM和AFM研究了成分、衬底温度和臭氧分压对Bi-2212相薄膜成相的影响,分析了生长速率和错配度对Bi-2212相薄膜质量的影响。结果表明,Bi-2212相薄膜单相生成的成分范围(原子分数)分别为Bi 26.3%—32.4%, (Sr+Ca)37.4%—46.5%,Cu 24.8%—32.6%;当衬底温度为720℃且臭氧分压为1.3×10^(-3)Pa时,在MgO(100)衬底上生长出质量较高的c轴外延Bi-2212相薄膜;通过调整生长速率、更换衬底和插入不同厚度的Bi_2Sr_2CuO_(6+δ)过渡层的方法,可以改善Bi-2212相薄膜的结晶质量、表面形貌和导电特性。

CeO2缓冲层对蓝宝石基Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜结构和介电性能的影响

利用磁控溅射法制备Ce O_2缓冲层,通过脉冲激光沉积法制备Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3(BST)薄膜,在Al_2O_3(11—02)蓝宝石基片上构架了Pt/BST/Ce O_2/Al_2O_3和Pt/BST/Al_2O_3叉指电容器,对比研究了Ce O_2缓冲层对BST薄膜结构和叉指电容器介电性能的影响。通过X射线衍射仪、原子力显微镜和LCR表分别对叉指电容器的结构、表面形貌和介电性能进行了表征。实验发现,直接沉积在蓝宝石上的BST薄膜为多晶结构,生长在Ce O_2缓冲层上的BST为(001)取向的高质量外延薄膜。生长在Ce O_2缓冲层上的BST薄膜相对于没有缓冲层的BST薄膜具有更小的晶粒和均方根粗糙度。在40 V偏置电压下,Pt/BST/Al_2O_3和Pt/BST/Ce O_2/Al_2O_3叉指电容器的调谐率分别是13.2%和25.8%;最小介电损耗为0.021和0.014。结果表明Ce O_2缓冲层对生长在蓝宝石基片上的BST薄膜结构和介电性能具有重要影响。

硅基片上异质外延SiC的机理研究(英文)

本文利用低压高温MOCVD系统 ,成功地在Si(111)基片上外延出了具有高质量的SiC薄膜 ,并对其反应机理做了一些初步的研究。大部分观点认为 ,SiC/Si的异质外延 ,其最初的状态应该为Si衬底中Si的扩散。但是 ,本文通过在不同流量比的条件下 ,SiC薄膜在Si基片以及Al2 O3 基片上外延的比较 ,发现在SiC/Si的异质外延过程中起重大作用的并非Si衬底中Si的扩散 ,而是很大程度上作用于C向Si衬底的扩散。同时 ,还发现反应速率的快慢受SiH4流量所限制。当SiH4流量增加时 ,反应速率会明显加快 ,但是结晶质量会相对变差。

Sol-Gel V_2O_5薄膜的成膜和取向研究

采用溶胶 -凝胶法在SiO2 /Si衬底上沉积V2 O5薄膜 ,详细介绍了对衬底表面作亲水处理的方法。以不同浓度溶胶 ,在不同温度和不同气氛下对薄膜进行热处理 ,得到以〈0 0 1〉向为主取向的高取向薄膜 ,从理论上解释了V2 O5薄膜的取向机理 。

硅液相外延工艺研究

根据硅液相外延研究过程中的现象及结果，具体讨论了硅液相外延工艺中四个关键环节，给出了衬底处理，溶源，衬底保护，残余熔体处理的方法。

绝缘介质Al_2O_3薄膜的数字化生长技术

采用ＣＶＤ技术实现了Ａｌ２Ｏ３薄膜的数字化生长，实验结果表明这种生长方法具有生长温度低、层厚可控等特点，生长出的薄膜每周期生长厚度约为１．１９。

MgO/α-Al_2O_3单晶衬底上磁控溅射Pt外延薄膜微结构观测分析

采用射频磁控溅射方法在Mg O和α-Al_2O_3单晶基片上沉积制备Pt外延薄膜,研究了衬底晶格结构和沉积氛围对薄膜外延生长晶向和表面形貌的影响.实验研究表明,Pt薄膜外延生长晶向主要受衬底表面晶格结构的影响,沉积氛围主要影响薄膜表面形貌.X射线衍射分析证明了Pt(100)//Mg O(100),Pt(111)//Mg O(111),Pt(111)//α-Al_2O_3(0001)和Pt(111)//α-Al_2O_3(01 12)的晶面外延关系.扫描电子显微镜观测发现15%氧分压氛围沉积在Mg O(111)和α-Al_2O_3(01 12)衬底上的Pt(111)外延薄膜以三角形晶粒密排堆叠形成平整致密的膜面,但膜内存在旋转畴缺陷;而15%氧分压氛围沉积在Mg O(100)衬底上的Pt(100)外延薄膜无旋转畴缺陷,但薄膜表面出现大小不一的微孔.