束流密度对Ge/Si量子点溅射生长的影响

采用离子束溅射技术在Si基底上自组织生长了一系列Ge量子点样品,研究了束流密度对Ge/Si量子点的尺寸分布和形貌演变的影响。原子力显微镜测试结果表明,随着束流密度的增加,量子点的面密度持续增大,其尺寸不断减小,量子点的形貌由圆顶形转变为过渡圆顶形。计算直径标准偏差的结果表明,当束流密度为0.86mA/cm2时,量子点的尺寸均匀性最佳。束流密度与沉积速率成正比,影响着表面吸附原子与其它原子相遇而形成晶核的能力。

Ge/Si纳米多层膜的埋层调制结晶研究

采用磁控溅射设备,当衬底温度为500℃时,在Si(100)基片上磁控溅射生长Ge/Si多层膜样品。使用Raman,AFM和低角X射线技术对样品进行检测和研究,结果表明通过控制Ge埋层的厚度,可以调制Ge膜的结晶及晶粒尺寸,获得晶粒平均尺寸和空间分布较均匀的多晶Ge/Si多层膜。

光子晶体对nc-Ge/Si岛发光增强的模拟

在Si基集成光电子学的发展中，高效的Si基光源是人们不懈追求的目标。但是Si材料的间接带隙特性导致其发光效率低，更谈不上受激发射。于是人们探索了多种Si基材料体系来提高Si材料的发光效率，并在不同程度上取得了重要的进展。在众多的Si基发光材料体系中，Ge／Si量子点材料，不仅生长工艺与标准的CMOS工艺有很好的兼容性，而且发光波长能够覆盖重要的光通信波段即1．3—1．55μm，因此成为实现Si基发光器件的重要途径之一。但是目前这种材料的发光效率仍很低，所以提高其发光效率自然成为人们关注的焦点。如果将光子晶体引入到nc—Ge／Si材料中，它不仅可以改变材料本身的自发发射特性，而且可以改变发射的光子的提取效率，从而使材料的发光效率得到增强。提出了在Ge／Si量子点材料中引入光子晶体结构来提高其发光效率，包括光子晶体点缺陷腔结构和带边模式工作的完整光子晶体结构，并从理论上分析了发光效率提高的原理。针对发光波长在1．5μm附近的材料结构，模拟出了相应的光子晶体的结构参数。从模拟结果可以看出，对于缺陷腔的光子晶体结构，采用单点缺陷微腔很好地实现了单模运作，但是微腔内有源材料的体积很小，因此得到的发光效率很低。而采用耦合缺陷腔的结构和H2腔都增加了腔内有源区的体积。但是耦合腔与H2腔相比，谐振腔模减少，主谐振模式的峰值强度增加，更容易实现单模发光。因而更适用于提高nc—Ge/Si的发光效率。而带边模式工作的光子晶体结构，尺寸较大，不需引入缺陷，工艺上更容易实现。

Ge/Si SACM-APD器件分析

Ge/Si吸收区-电荷区-倍增区分离（SACM）结构的APD作为一种新型光电探测器已成为硅基APD器件研究的重点。对SACM Ge/Si型APD器件的基本结构及其主要特性参数,包括量子效率、响应度、暗电流等进行了理论分析及仿真验证。实验结果表明：在给定的器件参数条件下,所设计的APD器件的雪崩击穿电压为25.7V,最大内部量子效率为91%,单位增益下响应度峰值为0.55 A/W,在750-1500 nm范围内具有较高响应度,其峰值波长为1050 nm;在高偏压以及高光照强度情况下,倍增区发生空间电荷效应从而导致增益降低。

Ge/Si波导集成型APD器件的仿真分析

设计了一种Ge/Si波导集成型雪崩光电二极管（APD）。器件采用将Si波导层置于Ge吸收层之下的结构,光经波导层进入吸收层只需一次耦合,降低了光的损耗,提高了光的吸收率和光电流。采用silvaco软件对器件的结构和性能进行仿真,结果表明：器件的雪崩击穿电压为-28V,最大内量子效率达到89%,在1.15~1.60μm范围内具有较高响应度,峰值波长位于1.31μm,单位响应度最高达0.74A/W,3dB带宽为10GHz。

磁控溅射的Ge/Si异质结构在退火过程中的Raman光谱研究

用Raman光散射的方法 ,研究了磁控溅射技术制备的Ge/Si系列异质材料在退火过程中的再生长情况 ,对不同的样品进行结构变化分析。实验结果显示 :Ge/Si异质材料在退火过程中的再生长受生长态条件限制 。

Ge/Si量子点生长的研究进展

回顾了近年来在Ge/Si量子点生长方面的研究进展。主要讨论了为了提高量子点空间分布有序性、增大量子点的密度、减小量子点的尺寸及改善其分布均匀性而采取的各种方法,如图形衬底辅助生长、表面原子掺杂及利用超薄SiO2层辅助生长等,以及Ge量子点的演变及组分变化。

沉积温度和生长停顿对离子束溅射生长Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术生长了一系列Ge/Si多层膜,研究了沉积温度和生长停顿对Ge/Si多层膜结晶性和界面结构的影响。通过对Raman峰峰位、峰强度比值和X射线小角衍射等方面的研究,发现综合控制沉积温度和生长停顿能够得到结晶性和界面都相对理想的多层膜。这为改善Ge/Si多层膜的离子束溅射生长提供了一种有效的方法。

Ge/Si超导型和Ge_xSi_(1-x)/Si合金型超晶格的分子束外延生长和特性研究

用分子束外延(MBE)技术生长了Ge/Si超薄型超晶格和Ge_xSi_(1-x)/Si合金型超晶格。用RHEED强度振荡技术生长出了非常陡峭和平整的Si/Ge异质结界面。在Si(001)上生长的一个单原子层Ge和一个单原子层Si的多层结构是可以得到的最薄的超晶格。合金型超晶格的厚度可满足器件制造的要求并避免了失配位错的产生。用XTEM、RBS及X射线衍射对外延晶体质量作了签定,用Raman谱和电调制反射谱对超晶格的光学特性进行了研究。

nc-Ge/Si岛基光子晶体单点缺陷腔的数值模拟与分析

阐述了利用光子晶体单点缺陷微腔来提高Ge/Si纳米岛发光效率的机理.通过3DFDTD方法计算出在平板厚度为300nm时,谐振波长随a和r/a变化的规律,即当给定r/a,h时,波长随晶格常数成次线性增加;当给定a,h时,波长随r/a的增加而减小.并从理论上给予分析.

湘黔地区埃迪卡拉纪-寒武纪之交硅质岩的成因探讨——来自稀土元素和Ge/Si比值的证据

对埃迪卡拉纪-寒武纪之交的贵州铜仁坝黄剖面留茶坡组层状硅质岩和湖南张家界柑子坪剖面留茶坡组穹隆状硅质岩的主量、微量元素和稀土元素以及Ge/Si特征进行分析,探讨两种硅质岩的成因。层状硅质岩的SiO_2含量为96.06%~99.61%,穹窿状硅质岩的SiO_2含量为98.62%~99.56%,平均值为99.13%;其他元素含量很低,两者均为纯硅质岩。坝黄层状硅质岩的∑REE为20.14~248.56μg/g(平均100.62μg/g),Eu/Eu*值为0.90~1.10(平均1.06),无明显异常,Ge/Si值为0.13~0.98μmol/mol(平均0.50μmol/mol),Al_2O_3与∑REE明显正相关,表明硅质岩成分明显受陆源输入的控制。柑子坪穹隆状硅质岩的∑REE值低,为3.75~7.24μg/g(平均5.73μg/g),Ce/Ce*值为0.46~0.66(平均0.57),具负异常,Eu/Eu*值为2.28~11.07(平均4.60),具明显正异常,Ge/Si值为1.09~1.43μmol/mol(平均1.25μmol/mol),Al_2O_3与∑REE的相关性较差,表明硅质岩为海底热液成因。Al_2O_3与Ge/Si的相关性强弱也可以反映硅质岩的来源。结合古地理环境,推断层状硅质岩可能形成于盆地内部,而穹隆状硅质岩可能发育在台缘同生断裂处,因海底热液喷流而形成。以1μmol/mol作为Ge/Si的临界值可以为示踪硅质岩的物质来源提供新的思路。

磁控溅射Ge/Si多层膜的发光特性研究

采用磁控溅射技术,在Si(100)衬底上制备了一系列不同周期、不同Ge层厚度的Ge/Si多层膜样品。用室温光致发光(PL)、Raman散射和AFM图谱对样品进行表征。结果表明:Ge/Si多层膜中的PL发光峰主要来自于Ge晶粒,并且Ge晶粒生长的均匀性对PL发光影响较大,生长均匀的Ge晶粒中量子限域效应明显,随着晶粒的减小,PL发光主峰发生蓝移;在Ge晶粒均匀性较差时,PL发光峰强度较弱,量子限域效应不明显。

溅射气压对Ge/Si纳米点表面形貌的影响

利用磁控溅射技术在Si(100)衬底上直接外延生长一系列不同压强下的Ge纳米点样品,并利用AFM、Raman和XRF对Ge纳米点样品形貌和结构进行了研究。结果表明Ge薄膜表面粗糙度在某一临界压强下发生突变,高能粒子热化的临界值与这种转变密切相联;分析讨论了Ge岛在不同溅射气压下的生长过程,在一定范围随着压强的增大会显示典型生长阶段的特征。

偏压对Ge/Si单量子点电流分布的影响

采用扫描探针显微镜(SPM),对离子束溅射自组装生长的Ge/Si量子点的电学性能进行分析。实验结果表明,施加正向偏压于圆顶形量子点上时,由于表面氧化物的生成,扫描区域的电流信号是不可恢复的。施加负向偏压时,单量子点区域的电流分布特征保持环状,且电流剖面图呈双峰结构,随着负向偏压的增大,各个电流峰顶部形状由尖锐变为截平,呈现出饱和的趋势。通过对电流值大小分布的统计,证实了Ge/Si量子点的电流传导主导机制为热电子发射。

Ge/Si量子阱结构的C-V特性的模拟

采用有限深对称方势阱近似模型求解薛定谔方程得到Ge/Si量子阱中的子能级分布,并基于迭代法数值求解泊松方程模拟计算了量子阱结构样品在不同偏压下的载流子浓度分布和C-V特性.C-V曲线上电容平台的存在是量子阱结构C-V特性的显著特征,它与量子阱结构参数有密切的关系.随着覆盖层厚度的减小,C-V曲线上平台起始点的电容值增加,并且向低电压方向移动直至其消失.随着量子阱中的掺杂浓度提高,阱中的载流子浓度也会相应增加,那就需要更高的外加电压才能耗尽阱中的载流子,因此平台宽度也就随着掺杂浓度的增加而增加.当覆盖层厚度增加时,由于电压的分压作用,使得降在量子阱上的分压相应减少,因此需要更大的外加偏压才能使阱中载流子浓度全部耗尽,这就使平台的宽度增大.同样地,当覆盖层掺杂浓度增加时,覆盖层中更多的载流子转移到阱内,也就需要更高的外加偏压才能使阱中载流子全部耗尽,平台的宽度也就随之增大.

Ge/Si超晶格喇曼谱研究

我们用喇曼光散射的方法,观察了应变层超晶格的折迭声学声子,从而验证了材料的超晶格多层结构.将实验中观察到的频率和理论计算值进行比较表明,所研究样品的标称值和喇曼实验是基本相符合的.根据光学限制模的频率移动,估算了超晶格样品中Ge层和Si层的应变分布.

Ge/Si薄膜材料生长的偏压效应研究

利用超高真空磁控溅射系统生长了不同偏压下Ge/Si薄膜材料 ,所生长的材料采用了不加偏压和加偏压的生长环境。通过X射线小角衍射分析表明 ,加一定偏压的Ge/Si薄膜材料的层状远比不加偏压的材料好 ,并且加偏压可有效降低材料的生长温度。在加 15～ 2 5V偏压时 ,获得了 30 0℃的生长温度下 ,层状优良 。

Ge/Si复合纳米结构电荷存储特性的模拟研究

这一研究工作模拟计算了 Ge/ Si复合纳米结构 MOSFET存储器的擦写和存储时间特性。结果表明 ,Ge/ Si复合纳米结构存储器在低压下即可实现 μs和 ns量级编程。与 Si纳米结构存储器相比 ,由于 Ge/ Si复合势阱的作用 ,器件的电荷保留时间提高了 3～ 5个量级 ,有效地解决了快速擦写编程与长久存储之间的矛盾 ,使器件的性能得到明显改善。

nc-Ge/SiNx多层膜材料的可调控非线性光学特性

采用等离子体增强化学气相沉积和后退火的方法制备了纳米锗/氮化硅(nc-Ge/SiN_x)多层薄膜。借助Raman光谱仪对其微结构进行表征,测得样品的晶化率大于46%。由样品的光吸收谱可知,nc-Ge的尺寸越小,其光学带隙越大。利用Z扫描技术对样品的非线性光学特性进行研究,以波长为1 064 nm、脉宽为25 ps的锁模激光作为激发光,测得样品的非线性折射率系数在10^(-10)cm^2/W数量级。实验结果表明,通过改变nc-Ge的尺寸可以使材料的非线性光学折射率由自散焦转变为自聚焦特性,而负的非线性折射率系数可归因于两步吸收产生的自由载流子散射效应。当激发光强增大时,在锗层厚度为6 nm的多层膜中同时存在两步吸收过程和饱和吸收过程。两种非线性光学吸收过程之间的竞争是样品呈现不同非线性光学特性的主要原因。

DCXRD分析Ge/Si(001)多层纳米岛材料(英文)

结合透射电镜与原子力显微镜实验,用双晶X射线衍射方法分析了Ge/Si多层纳米岛材料.衍射的卫星峰可以被分解为两个洛仑兹峰,它们分别源于材料的浸润层区和纳米岛区.利用透射电镜得到Si和SiGe层的厚度比,估算出浸润层区与岛区的Ge组分分别为0·51和0·67.这是一种简单估算Ge/Si多层纳米岛材料中Ge组分的方法.