压应变SiGe和张应变Si的能带结构研究

根据体Si和体Ge的能带结构特点,基于形变势理论,计算了SiGe合金的应变对其能级的影响。静压应变导致能级偏移,单轴应变导致简并能级分裂,使得应变SiGe合金的禁带宽度随应变的增加而减小。共度生长在体Si衬底上的SiGe合金,以及共度生长在体SiGe衬底上的Si,它们的禁带宽度随Ge组份的增加近乎线性减小。完全压应变的Si_(0.5)Ge_(0.5)合金,其禁带宽度从无应变时的0.93eV减小为0.68eV。Ge组份为0.5时,完全张应变的Si,其禁带宽度从无应变时的1.12eV减小为0.85eV。

分子束外延生长SiGe合金中位错密度的研究

Schimmel腐蚀液腐蚀结合高倍光学显微镜观察发现 ,不同尺寸的掩膜窗内生长的 Si Ge外延层中的位错密度在整个外延层中从 Si Ge/Si界面到 Si Ge外延层表面由少到多 ,再由多到少明显地分成 3个区 .无掩膜窗限制的大面积区内的 Si Ge层则只呈现 2个区 .掩膜材料与掩膜窗尺寸不同 ,这 3个区的位错密度也不同 .掩膜形成过程中产生的应力对衬底晶格的影响 ,以及掩膜边界对衬底与外延层的影响是造成这种不同的根本原因 .

UHV/CVD硅锗膜的Raman光谱分析

本文提出一种用Raman光谱测量SiGe合金膜中的锗组分及应变的方法 ,方法是非破坏的。并用这一方法测量了几种不同锗组分和膜厚度的SiGe合金样品 ,它们都是用UHV/CVD设备生长的。其中两个样品还与X 射线双晶衍射的结果作了比较 ,两种方法的结果十分一致 ,这说明本文提出的方法是准确可靠的。这些样品用于制作SiGe/Si异质结PMOSFET ,对 0 5 μm沟长器件 ,跨导达 112ms·mm-1。

应变Si_（1－x）Ge_x层本征载流子浓度和有效态密度的解析计算

计算了应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层的本征载流子浓度及导带和价带有效态密度。用解析方法研究了它们与Ｇｅ组分ｘ和温度Ｔ的依赖关系。发现随Ｇｅ组分ｘ的增加，导带和价带有效态密度随之快速减小，而本征载流于浓度却随之而近乎指数式地增加。而且，温度Ｔ越低，导带和价带有效态密度随Ｇｅ组分ｘ的增加而减小得越快，而本征载流于浓度上升得越快。同时还发现，具有大Ｇｅ组分ｘ的应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层，其用Ｓｉ相应参数归一化的导带和价带有效态密度及它们的积对温度Ｔ的依赖关系弱，而具有小Ｇｅ组分ｘ的应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层，上述归一化参数对温度Ｔ的依赖关系强，这和目前仅有的文献［８］中，它们与温度依赖关系的定性研究结果相一致。

p型Si_(1-x)Ge_x应变层中重掺杂禁带窄变的计算

针对应变Si_(1-x)Ge_x的应变致价带分裂和重掺杂对裂值的影响,提出了该合金价带结构的等价有效简并度模型。模型中考虑了非抛物线价带结构。应用这个模型,计算了赝晶生长在<100>Si衬底上的p型Si_(1-x)Ge_x应变层的重掺杂禁带窄变,发现当杂质浓度超过约2～3×10^(19)cm^(-3)后,它在某一Ge组分下得到极大值,而当掺杂低于此浓度时,它则随Ge组分的增加单调下降。与实验报道的对比证实了本模型的有效性。

应变致能带分裂对Si_（1－x）Ge_x应变层中重掺杂禁带窄变的影响

针对应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ的应变致能带分裂及重掺杂对裂值的影响，提出了多子双带结构的等价有效简并度模型和有关算法。模型中考虑了非抛物线能带结构。应用该模型，计算了赝形生长在（１００）Ｓｉ衬底上的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变层的重掺杂禁带窄变，发现当掺杂超过一定浓度（对于ｐ型和ｎ型合金，该浓度分别约为１．９×１０１９ｃｍ－３和３．５×１０１９ｃｍ－３）后，它在某一Ｇｅ组分下得到极大值，而当掺杂低于这个浓度时，它则随Ｇｅ组分的增加单调下降。文中还将计算结果与其它未细致考虑应变致能带分裂因素的理论工作进行了比较。

应变致价带分裂对p型Si_（1－x）Ge_x应变层中重掺杂禁带窄变的影响

针对应变Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ的应变致价带分裂及重掺杂对裂值的影响，提出了该合金价带结构的等价有效简并度模型和有关算法，模型中考虑了非抛物线价带结构。应用这个模型，计算了赝形生长在＜１００＞Ｓｉ衬底上的ｐ型Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ应变层的重掺杂禁带窄变，发现当杂质浓度超过约２×１０１９ｃｍ（－３）后它在某一Ｇｅ组分下得到极大值，而当掺杂低于此浓度时它则随Ｇｅ组分的增加单调下降，与实验报道的对比证实了本模型的有效性。

带隙法测定SiGe/Si材料的应变状态

从固体模型理论的结果出发,计算了生长于Si(100)衬底上x值小于0.85的Si1-xGex合金材料(能带结构为类Si结构)的间接带隙与应变的关系,结果表明,应变的SiGe材料的带隙和完全弛豫状态下材料的带隙之差与应变呈线性关系.基于这一结果,提出了用测量带隙来间接测定SiGeSi应变状态的方法.用带隙法和x射线双晶衍射法测量了不同应变状态下的SiGeSi多量子阱材料的应变弛豫度,两者可以较好的符合,表明带隙法测量SiGe应变弛豫度是可行的.