Ti/A1N快速退火界面反应的实验研究

在电子封装用的A1N陶瓷多晶衬底上生长250nm的Ti膜，并进行快速退火。用RBS（卢瑟福背散射）、AES（俄歇电子能谱）、SIMS（二次离子质谱）和XRD（X射线衍射）等实验技术对界面反应进行了分析研究，用划痕实验测量了退火对Ti／A1N界面粘附力的影响。实验结果表明：快速退火时，Ti，A1，N以及A1N中掺杂的O均发生明显的界面扩散和界面反应。样品表面的O和A1N衬底中掺杂的O都向Ti膜中扩散，在较低的退火温度下生成TiO2；在较高的退火温度下与扩散到Ti膜中的A1反应，在Ti膜中间形成Al2O3层。N向Ti中扩散，并与Ti反应生成TiN。在薄膜和衬底之间有Ti的氧化物生成。粘附力的测量结果表明：在较低的温度下进行快速退火可以明显提高Ti／A1N界面的强度，在较高的温度下，界面强度有所下降。

用低能电子衍射研究氢离子轰击硅表面所产生的相变

文章描述了用低能电子衍射（ＬＥＥＤ）观察氢离子对碳杂质稳定的Ｓｉ（１１１）－（１×１）及清洁再构的Ｓｉ（１００）－（２×１）表面轰击，然后加热退火所产生的相变．实验发现：碳杂质稳定的Ｓｉ（１１１）－（１×１）表面经氢离子轰击并在８００℃退火后产生清洁再构的Ｓｉ（１１１）－（７×７）结构；而Ｓｉ（１００）－（２×１）表面经离子氢及氩的混合气体轰击后，在９００℃退火产生一个亚稳态Ｓｉ（１００）－ｃ（４×４）结构，进一步在７００℃退火后，我们得到一个稳定的Ｓｉ（１００）－ｐ（２×２）结构．文章对实验观察到的相变做了简单的解释，提出了一个新的Ｓｉ（１００）－ｐ（２×２）表面结构模型．

用低能电子衍射谱仪(LEED)观察氢终止的Si(111)表面

本文描述了一种得到无重构的理想的氢终止Si（111）表面的化学处理方法，用这种方法得到的表面，可以用低能电子衍射谱仪（LEED）进行结构研究。本实验使用我们自己设计加工的电子背轰击式加热器，作品可加热到800℃以上，亦可冷却到液氮温度。文中对氢终止Si（111）表面的研究的初步结果作一概述，给出了表面覆盖氢化物的LEED研究证据。

MCs^+ -SIMS技术及其应用

强烈的基体效应一直是造成二次离子质谱（SIMS）难以定量分析和解释的主要原因。受其影响，常规SIMS，即M±－SIMS（检测原子型二次离子M＋或M－，M是要分析的元素）的适用范围受到了很大的限制。近几年来，上述状况已经通过一种新技术开发得到明显改善，这就是MCS＋－SIMS技术，即在CS＋一次离子轰击下检测分子型二次离子MCS＋而不是M±。由于该技术能明显减小甚至消除基体效应，从而开辟了SIMS定量分析的新途径。在综述MCS＋－SIMS技术的由来、发展、特点和应用以及MCS＋的生成机理的基础上，介绍了该技术的扩展思路。

CoSi_2薄膜形成过程中的反应机制

利用超高真空电子束蒸发，在Ｓｉ衬底上淀积Ｃｏ－Ｓｉ多层膜．经热处理后，发现在６００—７００℃内ＣｏＳｉ２形成的过程中，成核控制、界面反应及扩散等几种因素都能起较大的作用，并因此而造成了ＣｏＳｉ２薄膜生长动力学的极其复杂性．本文还对样品进行了电阻率和扩展电阻测量．并讨论了利用常规手段来消除薄膜横、纵向非均匀性的几种途径．

AlN陶瓷基板在空气中的热氧化行为探讨

利用二次离子质谱（ＳＩＭＳ）并结合Ｘ射线衍射分析（ＸＲＤ）研究了ＡｌＮ陶瓷基板在８５０—１１００℃空气中退火时的初始氧化行为．结果表明，未退火ＡｌＮ陶瓷基板表面区存在很薄的富氧层．在退火１０ｍｉｎ的条件下，随着退火温度的增加，富氧层迅速增厚．在１１００℃退火２０ｍｉｎ的条件下，ＡｌＮ陶瓷基板表面区有连续的氧化层生成．最后，结合化学热力学，探讨了ＡｌＮ陶瓷基板表面的初始氧化机理．

Co—Si多层膜的透射电镜研究

本文用TEM技术系统地研究了超高真空中在Si(111)衬底上交替蒸镀Co、Si形成的多层薄膜,在稳态热退火过程中硅化物的生长规律,观察生成硅化物的成分和晶粒度、薄膜的表面形态和界面特征等微结构的变化。结果表明,随着退火温度的升高Co膜逐渐转化为Co_2Si、CoSi和CoSi_2,硅化物晶粒的大小随退火温度的升高而增大,340—370℃退火后在Co耗尽前Co_2Si和CoSi能同时生长(三相共存)。结合XRD分析,证实了上述结果的可靠性。

GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的特性研究

测量了GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的伏安特性I_b(T_D,V_b)、黑体光响应电压V_S(T_D,T_B,V_b)和噪声电压V_N(T_D,V_b),由此获得器件的黑体电压响应率R_(VB)(T_D,V_b)和探测率D_B~*(T_D,V_b)并用Lorentz光响应线形对V_S(T_D,T_B,V_b)拟合给出器件的光电流谱的峰值波长λ_P和半峰宽λ_w。

掺铒纳米晶硅和掺铒非晶纳米硅薄膜的发光性质

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备含有纳米晶硅的S iO2(NCSO)和含有非晶纳米硅颗粒的氢化非晶氧化硅(a-S iOx∶H)薄膜。采用离子注入和高温退火方法将稀土Er掺入含有纳米晶硅(nc-S i)和非晶纳米硅(a-n-S i)颗粒的基体中。利用IFS/20HR傅里叶变换红外光谱仪和微区拉曼散射光谱仪研究含有纳米晶硅和非晶纳米硅颗粒的薄膜掺稀土前后的发光特性。结果表明来自nc-S i在800 nm的发光强度比来自a-S iOx∶H基体中非晶纳米硅的发光强度高近一个数量级,而来自a-S iOx∶H在1.54μm的发光强度比NCSO高4倍。还研究了掺铒a-S iOx∶H薄膜中S i颗粒和Er3+的发光强度随退火温度的变化,结合掺铒纳米晶硅和非晶纳米硅薄膜发光强度随Er掺杂浓度变化和Ram an散射等的测量结果,进一步明确指出a-S i颗粒在Er3+的激发中可以起到和nc-S i同样的作用,即作为光吸收介质和敏化剂的作用。

Mo/α-Al_2O_3界面的二次离子质谱研究

采用电子束蒸发方法，在200℃的抛光（1102）取向的蓝宝石（α－Al2O3）单晶衬底上淀积厚度为300nm的Mo膜。经870℃下不同真空退火时间处理后，运用MCs＋－SIMS技术进行了深度剖析，并结合XRD物相分析，对Mo／A2O3界面问题进行了探讨。结果表明，在Mo／Al2O3界面处存在原子相互扩散形成的过渡层。退火处理后，过渡层展宽，有MoO2生成。延长退火时间，过渡层变化不大。

陶瓷基材上金刚石薄膜的微观结构与界面研究

用透射电子显微镜研究了用热丝法在Ｓｉ＿３Ｎ＿４－ＳｉＣ＿ｗ，ＡｌＮ陶瓷基材上生长的金刚石薄膜的显微结构和金刚石膜－基片界面。结果表明，金刚石膜内有大量的（１１１）孪晶，堆垛层错和位错。Ｓｉ＿３Ｎ＿４－ＳｉＣ＿ｗ基材上的金刚石膜的晶粒细小，有沿基材表面的条纹状的晶粒生长。界面研究表明ＡｌＮ基材上膜－基界面处有两种形核方式：无明显过渡层时，金刚石晶粒呈锥状生长，晶粒间留有孔洞；有界面过渡层时呈柱状生长。

Ti-AlN界面组分分布的二次离子质谱研究

采用电子束蒸发方法在200℃的抛光AlN陶瓷衬底上淀积厚度为22nm的Ti膜，并在高真空中退火。利用二次离子质谱（SIMS）对样品进行了深度剖析，给出了Ti／AlN界面组分分布随退火温度和时间的变化关系。在界面区发现了铝化物及其他反应产物。结合卢瑟福背散射谱（RBS），X射线衍射分析（XRD）和Ti-Al－N三元相图推断，铝化物是Ti-Al二元和Ti-Al-N三元化合物。经850℃退火4h后其主要由Ti2AlN组成。

7μmGaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器

利用GaAs(51(?))/Al_(0.36)Ga_(0.64)As(200(?))多量子阱结构实现了黑体辐射的探测,探测器的峰值波长为7μm,77K温度下D~*达到1.09×10~9cm·Hz^(1/2)·W^(-1),电压响应率为2.5×10~4V·W^(-1).

Cr/蓝宝石界面的二次离子质谱研究

采用电子束蒸发的方法在200℃抛光的(1102)取向的蓝宝石(︿-Al2O3单晶)衬底上淀积200nm的Cr膜,并在高真空中退火。利用MCs+-SIMS技术(在Cs+一次离子轰击下检测MCs+型二次离子)对样品进行了深度剖析,给出了界面组分分布随退火温度与时间的变化关系,并在850℃退火样品中观测到一种新的界面结构。结果表明。

Ti/Al_2O_3界面反应的俄歇电子能谱研究

用俄歇电子能谱详细研究了Ti／Al2O3的界面反应。通过观察Ti的L23M23M45，L23M23M23及Al的LVV俄歇发射强度、峰形及位置随深度变化，研究Ti－O，Al－O，Ti－Al等价键结合状态，同时考虑Al不同化合态俄歇峰的化学位移。选取特征峰，进行Auger深度分析。实验表明室温下Ti／Al2O3的界面已发生反应，Al—O键被还原，元素Al在界面析出。仅在600℃以上退火样品中存在Ti—A1价键结合状态。原子浓度分布曲线显示界面反应区域随退火温度增加而变宽变高。850℃时曲线上已形成平台。平台区的成分（原子百分浓度）为53％Ti，32％Al，约12％O。界面反应产物由Ti3Al，Al与固溶O组成，同时XRD分析在850℃样品上观察到了Ti3Al相的衍射线。

氮化铝和莫来石陶瓷衬底的SIMS和XRD研究

利用二次离子质谱（ＳＩＭＳ） 和Ｘ 射线衍射（ＸＲＤ） 研究了用于电子封装的以Ｄｙ２Ｏ３ 、ＣａＯ 为添加剂的ＡｌＮ 和以堇青石、ＢａＣＯ３ 为添加剂的莫来石陶瓷衬底的物相组成和表面成分，尤其是表面杂质，并利用ＳＩＭＳ 尝试探讨了ＡｌＮ 表面热氧化问题。结果表明，ＡｌＮ 和莫来石陶瓷表面不同程度地存在Ｌｉ、Ｃ、Ｆ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌ、Ｔｉ、Ｒｂ 等杂质元素的污染；ＡｌＮ 表面存在富Ｏ 层，在空气中经过８５０ ℃１０ 分钟退火后，富Ｏ 层明显展宽。

高探测率的GaAs/AlGaAs多量子阱长波长红外探测器

探测器采用50周期GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As多量子阱结构的分子束外延材料,并制成直径为320μm的台面型式单管.其器件主要性能和指标如下:探测峰值波长为 9.2 μm,工作温度为77 K,峰值电压响应率 R_v= 9.7× 10~5V/W,峰值探测率 D~*= 6.2 × 10^(10)cmHz^(1/2)/W.

高灵敏度低暗电流GaAs量子阱红外探测器

本文报道我们研制的高灵敏度、低暗电流的ＧａＡｓ量子阱长波长红外探测器的制备和性能．探测器具有５０个ＧａＡｓ量子阱和Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓ势垒，器件制成直径为３２０μｍ的台面型式单管．探测器的主要性能──响应率和探测率与偏置电流和工作温度关系很大．通过材料结构的精心设计和器件工艺的改进使探测器的性能进一步提高：探测峰值波长为９．２μｍ，工作温度为７７Ｋ时，峰值电压响应率为９．７×１０５Ｖ／Ｗ，峰值探测率超过１×１０１１ｃｍ·／Ｈｚ／Ｗ，暗电流小于０．１μＡ．

Co-Si多层膜在稳态热退火中的固相界面反应

超高真空条件下,采用电子束蒸发工艺在Si(111)衬底上交替蒸镀200A的Co和Si薄膜形成多层膜结构,在恒温炉中作稳态热退火,然后用XRD、RBS及AES等技术作分析,研究了Co-Si多层膜固相反应的相序,用四探针测量了反应生成的钴硅化物的电阻率。结果表明,随着退火温度的升高,淀积在Si(111)上的Co膜逐步转化为Co_2Si、CoSi和CoSi_2,最后完全转化为CoSi_2。在比单层膜低得多的温度下退火获得了电阻率较低、表面形态良好、晶粒很大的CoSi_2薄膜材料。

高灵敏度GaAs/AlGaAs多量子阱狭带红外探测器

在半导体超晶格研究基础上,发展了以量子阱内电子由束缚基态至势垒顶附近连续态跃迁为机理的长波长红外探测器,这也是近几年来发展的一种新型红外探测器。它具有响应速度快、量子效率高、可变波长、热稳定性和均匀性好的优点,在军事和民用上占有重要地位,已成为国际上极为重视的高技术研究的前沿课题。1985年West和Eglash首先观察到GaAs量子阱中的光跃迁现象。在1987年levine等人制造出第一个GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器,近年又制造出性能更好的探测器:工作温度77K,峰值波长为8μm,峰值探测率D_(λρ)~*=4.0×10^(10)cm、(Hz)^(1/2)/W。