透射电子显微术和高分辨X射线衍射技术研究AlN单晶生长习性

采用透射电子显微术和高分辨X射线衍射技术对氮化硼坩埚中自发成核的AlN单晶生长习性进行了研究。结果表明,在低温下,AlN单晶显露面为(0001)面,随着温度的升高,AlN单晶显露面转化为(112-0)面。沟槽结构是高温下得到的AlN单晶共有的显著特征,其取向沿[0001]方向。

高分辨X射线衍射法研究碳化硅单晶片中的多型结构

我们采用高分辨X射线衍射法对SiC单晶片中的多型结构进行了研究 ,研究发现在以 4H SiC为籽晶的晶体生长过程中 ,4H SiC、6H SiC、1 5R SiC出现两相共存或三相共存现象。在单相、两相或三相共存区 ,X射线摇摆曲线具有明显不同的特征。根据多型结构 。

高分辨X射线衍射术对NdP_5O_(14)晶体的自发应变及铁弹畴结构的研究

利用助溶剂法 ,已经生长出 15mm× 2 5mm× 6 0mm的大尺寸NdP5O14 (NPP)晶体。用高分辨X射线衍射术对自发应变及铁弹畴结构进行了研究。对几个不同的反射 ,可在其摇摆曲线上观测到由基体畴和铁弹畴之间的取向差导致的反射峰的分离。通过反射峰分离的特点 ,可以确定铁弹畴结构。NPP晶体中大多数铁弹畴为a型畴 ,b型畴只出现在严重形变的区域。基于NdP5O14 晶体畴结构 ,我们分别计算了 80 2 ,40 2和 2 0 4反射的峰分离量。实验测量结果符合计算结果。另外 ,通过测量基体畴和铁弹畴的 80 0反射的峰分离量我们确定了NdP5O14 的自发应变是 0 .0 0 82。通过结构和对称性分析 ,我们对这种晶体的畴结构进行了详细讨论。

利用高分辨X射线衍射仪表征GaN薄膜的结构特性

使用高分辨X射线衍射法(HRXRD)对金属有机物化学气相沉积(MOCVD)外延生长GaN薄膜进行微结构表征.首先采用绝对测量法精确测试了GaN薄膜的晶格常数,由此获得该GaN薄膜的应变与弛豫的信息.采用面内掠入射(IP-GID)法测定了GaN薄膜的位错密度以及位错扭转角.

利用高分辨X射线衍射技术计算铝镓氮外延膜的晶格参数

利用高分辨X射线衍射(HRXRD)技术对在蓝宝石衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长的Al组分含量为0.63的AlGaN外延膜进行晶格参数的精确计算.通过对Al0.63Ga0.37N的对称晶面和非对称晶面进行ω/2θ扫描,以及对零点误差和晶面间距的修正,能够计算得到六方晶系Al0.63Ga0.37N外延膜的水平晶格常数a和垂直晶格常数c分别为0.31301 nm和0.50596 nm.通过对各种影响因素的分析和校正,可以得出二者的测量偏差分别为0.00001 nm和0.00002 nm.

六角相GaN外延膜的高分辨X射线衍射分析研究

通过实例介绍运用高分辨X射线衍射分析技术对GaN异质外延薄膜材料的微结构进行研究，希望能获得不同缓冲层生长与优化工艺以及结构模型对其结构特性参数影响方面的信息，为GaN材料和器件制备者提供有用的参考。

用高分辨X射线衍射面扫描评估4H-SiC晶片结晶质量

介绍了高分辨X射线衍射(HRXRD)面扫描技术在评估4H-SiC抛光片整体结晶质量方面的应用。对4H-SiC抛光片整片及局部特定位置进行HRXRD摇摆曲线面扫描,并拟合摇摆曲线半高宽(FWHM)峰值得到的极图,观察4H-SiC抛光片表面的FWHM分布范围、分布特点和多峰聚集区。结合表面缺陷测试仪和偏振光显微镜测试方法,对因螺旋生长产生的晶界分布聚集区以及边缘高应力晶界聚集区进行了表征。二者测试结果与HRXRD摇摆曲线面扫描的结果一致。对多片样品在不同区域使用不同测试方法得到的结果均验证了HRXRD摇摆曲线面扫描可以宏观识别晶畴界面聚集区,清楚辨别出位于晶片中心附近由于螺旋生长面交界形成的晶畴界面,以及位于晶片边缘、受生长热场影响晶粒畸变产生的高应力晶畴界面。

高分辨X射线衍射表征氮化镓外延层缺陷密度

利用高分辨X射线衍射方法,分析了在4H-Si C(0001)面上采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长的Ga N薄膜的位错。采用对称面衍射和斜对称面衍射等方法研究了晶面倾转角、面内扭转角、晶粒尺寸和晶面弯曲半径等参数,通过排除仪器、晶粒尺寸及晶面弯曲对摇摆曲线半高宽的影响,从而获得Ga N薄膜的螺位错密度和刃位错密度分别为4.62×107 cm-2和5.20×109 cm-2,总位错密度为5.25×109 cm-2。

SiC衬底上生长的GaN外延层的高分辨X射线衍射分析

通过高分辨X射线衍射(HRXRD)技术,对金属有机化合物气相外延(MOCVD)生长的GaN外延膜及SiC衬底的相对取向,晶格常数和应力情况,位错密度等进行了分析。分析表明,GaN和SiC具有一致的a轴取向,GaN外延层弛豫度超过90%,GaN外延层的晶格常数与体块材料相近,在GaN中存在压应力,SiC衬底和GaN外延层中的位错密度分别为107和108量级。

高分辨X射线衍射研究杂质对晶体结构完整性的影响

用水溶液生长晶体的方法生长出了不同掺杂的Sr(NO3) 2 晶体 .用电子探针研究了杂质在晶体中的分布情况 .结果表明 ,杂质在晶体中存在扇形分凝 ,其中Ba在 {10 0 }扇形区的含量大于 {111}扇形区 ,而Pb的分凝情况相反 ,在{111}扇形区的含量大于 {10 0 }扇形区 .用高分辨X射线衍射摇摆曲线技术研究了纯的、掺Ba的和掺Pb的Sr(NO3) 2晶体的完整性情况 ,并用X射线衍射动力学理论计算了完整Sr(NO3) 2 晶体的高分辨X射线衍射摇摆曲线 .结果表明纯Sr(NO3) 2 晶体的完整性很高 ,在扇形区内的摇摆曲线与理论计算结果很接近 ,但在扇形区的边界由于应力的存在而使得完整性有所降低 .掺杂会降低Sr(NO3) 2 晶体的质量 ,并使得晶体完整性在不同的生长扇形区不一致 .掺Ba的Sr(NO3) 2 晶体 ,其结构完整性在 {111}生长扇形区比 {10 0 }生长扇形区高 ,而掺Pb的Sr(NO3) 2 晶体则相反 ,{10 0 }生长扇形区的质量高于 {111}生长扇形区 ,这与它们的扇形分凝特征一致 .

用卢瑟福背散射/沟道技术及高分辨X射线衍射技术分析不同Al和In含量的AlInGaN薄膜的应变

利用卢瑟福背散射/沟道技术对在蓝宝石衬底上用金属有机化学气相沉积方法生长的有GaN缓冲层(>2μm)的一系列不同Al和In含量的AlInGaN薄膜进行组分及结晶品质的测量;并结合高分辨X射线衍射技术,通过对AlInGaN的对称(0002)面,及非对称(1015)面的θ—2θ扫描及倒空间扫描,可以精确测定AlInGaN外延层的晶格常数及水平和垂直方向的应变.实验结果表明AlInGaN薄膜中不同含量Al和In对其应变有较大的影响,结合Vegard定理,对这一现象给出了理论的解释.

利用高分辨X射线衍射研究磷酸二氢钾晶体晶格应变应力

采用高分辨X射线衍射技术对大尺寸磷酸二氢钾(KDP)晶体的晶格应变进行了测量,并定量分析了其晶格应力.探讨出KDP晶体容易沿着[001]方向发生开裂,与实际工作中的开裂现象相符合;进一步归纳总结了晶体生长过程中引入内应力而导致晶体开裂的主要因素.研究结果为提出相应的晶体防裂措施提供了重要的理论基础.

SrTiO3薄膜材料的高分辨率X射线衍射分析研究

本文应用高分辨X射线衍射(HRXRD+TAXRD)技术对外延生长的SrTiO3膜进行了分析,获得了有关该薄膜的晶体取向、衬底的结构特性以及弛豫态的点阵常数等信息,对今后改进SrTiO3系列样品生长工艺有重要的意义.

高质量GaN/Al_2O_3薄膜的三晶高分辨X射线衍射研究

通过对常压MOCVD工艺下制备的GaN/A l2O3两种样品的X射线衍射分析,利用不同的掠入射角及倾斜ω扫描,精确测量了GaN薄膜的晶体结构和位错密度,据此提出了一种表征薄膜纵向位错密度的新方法。结果表明实验制备的GaN薄膜具有相当一致的c轴取向,对称衍射(002)面ω扫描半峰宽分别为229.8arcsec、225.7 arcsec;同时,根据倾斜对称ω扫描半峰宽分析认为样品A、B的位错密度分别约为4.0801×108/cm2,5.8724×108/cm2,其样品A的位错密度小于样品B,但PL谱给出样品A的发光效率低于样品B;而根据不同的掠入射ω扫描推断出样品A的位错密度大于样品B,与相应的发光性能吻合。

外延膜的高分辨X射线衍射分析

广泛应用于半导体、铁电和光电材料中的外延结构特征以及应变和缺陷会影响外延膜的物理/化学性能。高分辨X射线衍射是对外延结构进行无损准确表征的关键技术。本文从高分辨X射线衍射与外延结构倒易空间的关系出发,重点阐述高分辨X射线衍射与普通X射线衍射的联系与区别,以强调高分辨X射线衍射特征。以铁电外延膜与衬底结构高分辨X射线衍射为例,系统分析它们的高分辨X射线衍射斑特征,包括共格生长、非共格生长、倾斜生长下衍射斑特征,以及外延膜的尺寸、外延膜的倾斜扭转和外延膜的应变对衍射斑的影响等。结合Si1-xGex(x=0.1)等外延膜结构的具体分析阐述如何通过高分辨X射线衍射谱来获取外延膜结构参数,包括外延膜晶格常数、晶格错配度以及厚度和超晶格等信息。本文还系统介绍了高分辨X射线衍射中的倒易平面图的作法,以及相关的理论和实验方法,并据此获得了PbTiO3外延膜的应力状态、畴结构、相变等结构信息。

基于InP衬底的应变和应变补偿的InGaAs/InAlAs材料的高分辨X射线衍射分析(英文)

高分辨率X射线衍射技术被用来分析基于InP衬底的应变的InGaAs和InAlAs单层材料和应变补偿的InGaAs/InAlAs超晶格材料。通过倒空间mapping得到的单层材料的错向角大约为10-3度,可以忽略不计。通过摇摆曲线得到了单层材料的组分和体失配度,接着单层材料的结果被用来分析在相同的条件下利用MBE技术生长的超晶格材料。利用倒空间mapping精确得到了超晶格的平均垂直失配度和各层的厚度,通过X射线模拟软件得到的超晶格材料的模拟曲线和实测曲线吻合的很好。

Si/SiGe/Si-SOI异质结构的同步辐射双晶貌相术和高分辨三轴晶X射线衍射

运用同步辐射双晶貌相术结合高分辨三轴晶X射线衍射对经原位低温热处理的Si/SiGe/Si SOI异质结构进行研究,发现Si层(004)衍射峰两侧半高宽(FWHMs)处同步辐射双晶形貌像特征存在明显差异.对同步辐射双晶摇摆曲线中Si层(004)衍射峰的不对称性给予了解释,同时阐明了高分辨三轴晶X射线衍射2θω扫描曲线中Si层(004)衍射双峰与Si层衍射结构的对应关系.

InAs/GaSb超晶格结构的高分辨X射线衍射分析

在GaSb(100)衬底上利用分子束外延技术生长了InAs/GaSb超晶格结构,利用高分辨X射线衍射方法对其进行分析,得到了摇摆曲线上的卫星峰个数、半峰全宽、衍射峰的强度和位置等信息,计算得到了超晶格材料的界面应变、失配和周期等参量。结合原子力显微镜对两组超晶格样品进行了表面起伏及表面粗糙度的测试和表征,结果发现:50周期InAs(10 ML)/GaSb(10 ML)超晶格样品比短周期和非对称超晶格样品的表面起伏更小,表面粗糙度更低;随着超晶格样品生长周期的递增,摇摆曲线上1级衍射峰的半峰全宽显著减小,样品表面的起伏和连续性得到改善,50周期对称超晶格样品的均方根表面粗糙度可以减小到0.31 nm,摇摆曲线上的卫星峰可以清晰看到±4级衍射峰,1级衍射峰的半峰全宽仅为0.027°,周期厚度为5.59 nm,平均应变为0.43%。

利用X射线衍射考察不同缓冲层对AlGaN外延薄膜微结构的影响

为了获得高质量的高Al组分AlGaN外延材料,一般是在蓝宝石基片与外延层之间引入缓冲层或模板层(GaN、AlN或两者的交替周期超晶格)来提高AlGaN的外延质量,不同的缓冲层及结构对AlGaN的外延质量产生不同的影响.利用三轴晶高分辨X射线衍射(TAXRD)表征手段对2种生长结构下的AlGaN进行表征分析.

基于三轴X射线衍射方法的n-GaN位错密度的测试条件分析

三轴X射线衍射技术广泛应用于半导体材料参数的精确测试,然而应用于纤锌矿n-GaN位错密度的测试却可能隐藏极大的误差.本文采用三轴X射线衍射技术测试了两个氢化物气相外延方法生长的n-GaN样品,发现两样品对应衍射面的半高全宽都基本一致,按照镶嵌结构模型,采用Srikant方法或Williamson-Hall方法,两样品的位错密度也应基本一致.但van der Pauw变温霍尔效应测试表明,其中的非故意掺杂样品是莫特相变材料,而掺Si样品则是非莫特相变材料,位错密度有数量级的差别.实验表明,位错沿晶界生长导致的晶粒尺寸效应,表现为三轴X射线衍射技术检测不到晶界晶格畸变区域的位错,给测试带来极大误差,这对正确使用Srikant方法和Williamson-Hall方法提出了测试要求.分析表明,当扭转角与倾转角之比β_(twist)/β_(tiit)≥2.0时,Srikant方法是准确的,否则需进一步由Williamson-Hall方法确定晶粒大小(面内共格长度L//),当L//≥1.5μm时,Srikant方法是准确的.