GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟

GaAs晶体的高质量生长对于制造高性能高频微波电子器件和发光器件具有重要意义.本文通过分子动力学方法对GaAs晶体沿[110]晶向的诱导结晶进行模拟,并采用最大标准团簇分析、双体分布函数和可视化等方法研究应变对生长过程和缺陷形成的影响.结果表明,不同应变条件下GaAs晶体的结晶过程发生显著变化.在初始阶段,施加一定拉应变和较大的压应变后,体系的晶体生长速率发生降低,且应变越大,结晶速率越低.此外,随着晶体的生长,体系形成以{111}小平面为边界的锯齿形界面,生长平面与{111}小平面之间的夹角影响固液界面的形态,进而影响孪晶的形成.施加拉应变越大,此夹角越小,形成孪晶缺陷越多,结构越不规则.同时,体系中极大部分的位错与孪晶存在伴生关系,应变的施加可以抑制或促进位错的形核,合适的应变甚至可以使晶体无位错生长.本文从原子尺度上研究GaAs的微观结构演化,可为晶体生长理论提供理论指导.     

晶体生长的缺陷机制

晶体生长是一个复杂的相变过程。自80年代以来,闵乃本及其研究组系统地研究了晶体生长的缺陷机制。在理论分析和实验观察的基础上,他们发展了晶体生长的位错机制（包括刃位错和混合位错机制）,层错机制,孪晶机制、重入角机制以及重入角生长和粗糙界面生长的协同机制。根据这些机制可以得出结论：任何可以在晶体生长表面提供台阶源的缺陷都能为晶体生长作出贡献,这些台阶源包括完全台阶和不完全台阶（亚台阶）,近年来,P.Bennema及其合作者系统地研究了在照相工业中广泛应用的卤化银和金属银的晶体生长机理,在大量实验事实和理论分析的基础上,他们认为亚台阶理论（称作闵氏理论）不仅可适用于溶液生长,也适用于气相生长的机理研究;不仅适于作理论分析,而且可用于寻求最佳生产条件的指导,亚台阶理论是晶体生长的一个普适理论,文章介绍了闵乃本及其研究组提出理论及P.Bennema研究组近年来在这方面的工作进展。     

刃位错可以作为晶体生长的台阶源吗?

在回答刃位错是否可以作为晶体生长的台阶源的问题之前,有必要简单回顾一下关于晶体生长机制的某些论点. 晶体(确切地说是晶面)要生长,要求在晶面上存在有生长台阶.对于粗糙面(按照晶体生长的现代理论[1-9],此时该晶面的粗糙化相变温度Tr低于晶体生长温度T),这是不成问题的,因为在它上面有着大量可供生长单元结合在其上的生长坐位(扭折位置,或称半晶体位置).而在平坦面(或称奇异面,对于这类晶面Tr>T)上则缺少这样的生长位置.因而一般需要靠二维成核或螺位错的露头点来提供晶体生长的台阶.所以,二维核和螺位错可以充当晶体生长的台阶源. 最…     

Bi2Sr2CaCu2O8＋Y单晶生长机制及缺陷的观察

在采用熔体生长加电极方法生长 Bi_2Sr_2CaCuO_(8+δ)单晶的基础上,利用 X 光衍射、扫描电镜和透射电镜等手段对 Bi_2Sr_2CaCu_2O_(8+y) 单晶进行了结构观察。结果表明:Bi 系2212相单晶属螺旋位错生长机制;观察到在晶体中除存在着大量位错外,还存在微裂缝;往往以一种迭层形态存在,中间夹在少量杂质,对其晶体生长机制及缺陷形成的原因进行了讨论。     

集成电路中的物理问题讲座 第一讲 硅中微缺陷及其形成过程

随着半导体硅器件技术的不断进步,对晶体材料的完整性的要求越来越高.五十年代末观察到位错会引起p-n结的软击穿,因此发展了无位错硅单晶的生长技术.所谓宏观无位错晶体,通常是指用择尤化学腐蚀看不到位错蚀坑,或在X射线形貌照片上看不到位错衬度,并不是指没有缺陷的完美晶体.正如Sirtl所说,从半导体级硅技术开始发展时起,晶体缺陷问题就是有关专家的永久伴侣.当晶体中无位错时,由于很难消除晶体生长时产生的点缺陷(自填隙原子和空位),因此在晶体冷却下来后,这些点缺陷会因过饱和而凝聚,形成尺度较宏观位错小得多的缺陷(一般在微米或亚微米…     

晶体相场法模拟异质外延过程中界面形态演化与晶向倾侧

采用晶体相场模型研究了异质外延过程中失配应变与应力弛豫对外延层界面形态演化的影响, 并对由衬底倾角引起的外延层晶向倾侧进行了分析.研究结果表明: 在有一定倾角的衬底晶体上进行外延生长时,若衬底和外延层之间失配度较大 (ε>0.08),外延层中弹性畸变能会以失配位错的形式释放, 最终薄膜以稳定的流动台阶形式生长且外延层的晶向倾角与衬底倾角呈近似线性关系. 而当衬底和外延层之间失配度较小(ε<0.04)不足以形成失配位错时, 外延层中弹性畸变能会以表面能的形式释放,最终使薄膜以岛状形态生长. 在高过冷度条件下,衬底倾角和失配度较大时,衬底和外延层之间会形成由大量位错规则排列而成的小角度晶界从而显著改变外延层的生长位向.     

二苯甲酮晶体的本征形态Ⅱ：当前形态学理论的讨论

分析了关于二苯甲酮晶体的理论计算形态和实验结果之间的差异原因。分析表明，分子间相互作用能的计算精度和晶体生长形态学理论模型判据的线性近似不可能导致差异的产生；而晶面网中的节点在该晶面法线方向的波动使闰于同一晶面片层内的分子间的作用力并非完全平等于该晶面，其垂直分量将贡献于晶面片层的附着能，只有其水平分量才贡献于该晶面的片层能。     

单晶Cu(001)薄膜塑性变形的分子动力学模拟

使用分子动力学方法,模拟研究了单晶Cu(001)薄膜在双向等轴拉伸应变下的塑性变形行为.当应变超过一定值时,样品通过产生位错、层错及孪晶而发生塑性变形.当应变相对较低时,不全位错首先在薄膜表面形核并在密排面上滑移,留下堆积层错;当应变增加时,位错在表面与内部同时成核生长,层错数量也随之增加.分析了相邻滑移面上的位错之间相互作用形成孪晶的微观过程.材料内部形成大量堆积层错及孪晶后,较大孪晶的密排面上的原子也会发生滑移,形成孪晶内部的层错结构以释放残余应力.     

吸除工艺

五十年代,硅单晶以不出现孪晶及小角晶界作为晶体缺陷的合格标准,当时曾认为若能消除位错,那么就在根本上满足了器件制造的需要.六十年代,Dash拉晶工艺在生产中推广,使无位错硅单晶较普遍地用于器件制造,此时发现原先的想法过于简单[1].除了器件制造工艺过程中宏观应力引入的缺陷──滑移位错会影响器件制造外[2],无位错单晶中缺乏点缺陷的湮没机构及杂质聚集机构──位错,也会引起晶体生长及器件工艺过程中出现过饱和点缺陷及工艺沾污,从而使带入的重金属杂质原子聚集,形成了线度为微米、亚微米级的各种微缺陷(如表1所示),给器件制造带来…     

半导体中的深中心

一、杂质缺陷形成的深中心 半导体中含有外来杂质或本身的缺陷.所有半导体材料及器件都要求对杂质缺陷有良好的控制.晶体的各种化学杂质,晶体中的原子空仕,间隙原子,半导体化合物中组成元素之间的反位缺陷以及它们之间的简单复合体(双空位、杂质与空位的结合等)都使晶格的周期性受到破坏,在晶体中造成一个原子尺寸大小的缺陷,称为点缺陷.此外,晶体缺陷还包括位错、层错、晶粒间界和杂质沉淀物.本文仅限于介绍几点缺陷. 很多点缺陷是晶体中电子(空穴)的有效束缚中心,形成的电子局域态,其能量往往位于半导体禁带之中,并与能带边的距离较大.这…