利用发射电子法经由热灯丝CVD在Si(100)上合成局域异质外延金刚石膜

本文利用发射电子法经由热灯丝CVD在Si(100)上获得了局域异质外延金刚石膜.由Raman背散射强度(在1332cm-1处)旋转角依赖关系表明,金刚石膜与Si(100)的定向关系为dia(100)∥Si(100)和dia[110]∥Si[110].在金刚石膜的成核阶段,位于衬底和灯丝之间的电极相对于灯丝施加一负偏压,获得的金刚石膜用扫描电镜和Raman谱表征.对实验结果进行了简要的讨论.     

MPCVD法在基片边缘生长大颗粒金刚石的研究

本研究在自制的5 kW大功率MPCVD装置中,利用边缘效应成功的在基片边缘处以50μm/h的沉积速率沉积出品粒尺寸达500 μm左右的大颗粒金刚石并以70μm/h沉积速率同质外延修复长大了一颗天然的单晶金刚石.在实验中,利用SEM和Raman光谱对基片边缘区域和中央区域所沉积的金刚石颗粒进行了表征.结果表明,边缘处沉积的金刚石颗粒与中央区域沉积的金刚石颗粒相比,具有更大的晶粒尺寸和更好的质量.通过仔细观察实验条件,对边缘效应产生的原因进行了分析,发现由于基片边缘放电,使得基片表面的电场强度和温度分布发生变化,从而导致基片边缘区域的等离子体密度和温度高于中央区域,高等离子体密度和温度的综合作用是使得在基片边缘能以较高的沉积速率沉积出大尺寸金刚石颗粒的主要原因.     

新型高功率MPCVD金刚石膜装置的数值模拟与实验研究

根据高功率MPCVD装置所需要具备的条件,提出一种新型的高功率MPCVD装置结构.先使用HFSS软件对模型的各部分尺寸进行了初步优化;然后使用COMSOL软件通过对高功率、高气压条件下气体电离形成等离子体时的电场和等离子体分布的模拟,并对气体进出方式进行了验证;最后根据模拟结果建立了新型MPCVD装置,并使用所制造的装置在高功率、高气压条件下进行了大面积金刚石膜的制备.结果表明:所提出的高功率MPCVD装置模型经过结构优化后,在基片上方对电场具有较好的聚焦能力,强度高于同类装置;高功率、高气压条件下所产生的等离子体也仅在基片上方均匀分布,与石英环之间被中间腔体隔离,有效避免其对石英环的刻蚀;所设计的进出气方式能够保证反应气体在基片表面均匀分布;使用所制造的装置能够在高功率、高气压条件下实现大面积高品质金刚石膜的快速沉积.     

高功率CO2激光器CVD金刚石窗口制备研究

本文研究制备了可应用于高功率CO₂激光器的CVD金刚石窗口。首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜,然后将膜片双面抛光,激光切割成矩形基片,再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6 μm的增透膜,最终制备得到金刚石光学窗口。采用傅里叶红外透射谱、热导仪、爆破试验台测试了金刚石基片镀膜前后的红外透过率、热导率和爆破强度。利用自行搭建的光学平台,测试了CVD金刚石基片增透膜能承受的激光功率密度。结果显示CVD金刚石基片在10.6 μm处的透过率为70.9%,利用光谱计算的吸收系数为0.06 cm^-1,热导率＞19.5 W/(cm·K),爆破强度＞5.62 MPa,镀膜后的透过率为99.2%,增透膜可承受的激光功率密度＞995 W/mm²。     

高温高压金刚石衬底上的同质外延生长研究

在自主研发的小功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)装置上利用高温高压(HPHT)单晶金刚石片为衬底进行了金刚石同质外延生长的研究.研究了甲烷浓度、工作气压对金刚石生长速率的影响.测量了金刚石外延 生长过程中等离子体的发射光谱,利用扫描电子显微镜(SEM)和数码相机对生长前后金刚石的形貌进行了表征,利用激光拉曼光谱对金刚石的质量进行了分析.结果表明:一定程度内,适当升高工作气压和甲烷浓度能够有效提高金刚石的生长速率;在外延生长过程会产生过多的丘状体,导致许多金刚石颗粒的产生,影响其生长时间和质量,通过生长、刻蚀相结合的方法能够有效延长生长时间,改善生长形貌;外延生长出的金刚石的激光拉曼图谱中金刚石1332 cm-1特征峰明显、尖锐,荧光背底低,非金刚石相特征峰较低.     

在预涂陶瓷过渡层的多谱段ZnS衬底上沉积金刚石膜的探索研究

本文采用真空电子束蒸镀技术在多谱段ZnS衬底上沉积了适合金刚石膜沉积的致密陶瓷过渡层,并利用微波等离子体CVD金刚石膜低温沉积技术进行了金刚石膜沉积研究.发现在陶瓷过渡层上的金刚石形核极其困难,其原因可能是陶瓷涂层在沉积过程中龟裂导致ZnS蒸汽扩散逸出干扰金刚石形核所致.本文采用诱导形核技术在过渡层/ZnS试样表面观察到极高密度(1010/cm2)的金刚石形核,并对金刚石/过渡层/ZnS试样的红外透过特性进行了评价.     

微波等离子体化学气相沉积设备微波系统的仿真优化与验证

微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法产生的等离子体密度高,材料外延生长过程可控性好且洁净度高,是制备高质量金刚石膜的重要方法.基于谐振腔理论和三维全波电磁场仿真,对MPCVD设备微波系统中谐振腔、模式转换器、样品托等影响微波传输效率及电场分布形态的部件进行设计和优化,并通过对微波传输系统关键参量的测试和监控,研究系统调试变量对金刚石外延生长的影响.基于自研的MPCVD设备,实现较高品质金刚石膜的合成,金刚石有效生长区域为?50 mm圆面,外延生长速度10～25μm/h,单晶样品的表征结果显示合成的金刚石透光率接近理论值,材料的结晶程度良好,氮、硅等杂质含量较低.     

MPCVD单晶金刚石初始及断续生长界面的表征与分析

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术制备的大尺寸、高质量单晶金刚石材料具备卓越的物理化学性能,在珠宝、电子、核与射线探测等消费品、工业和国防科技领域极具应用前景.研究发现在化学气相沉积单晶金刚石生长过程中,在衬底与外延层之间,以及生长中途停止-继续生长的生长层之间出现明显的界面区.本文采用偏光显微镜、拉曼光谱、荧光光谱(PL)等手段对界面区域进行了测试分析,界面区在偏光显微镜下表现出因应力导致的亮区,且荧光光谱(PL)及其线扫描显示该区域的NV色心含量远高于衬底及其前后外延层,表明该界面区具有较高的缺陷和杂质含量.结果表明在生长高品质单晶金刚石初期就应当采取一定手段进行品质调控,并尽量在一个生长周期内完成制备.     

[100]定向织构生长金刚石薄膜的红外光学性能研究

采用微波等离子增强化学气相沉积法在(100)镜面抛光的硅片衬底上实现了金刚石薄片[100]定向织构生长.并用扫描电子显微镜、拉曼散射和傅立叶红外光谱仪分析测试了不同工艺得到的金刚石薄片的表面形貌、组成结构和红外性能.结果表明:负偏压辅助定向成核和氢的等离子刻蚀不仅促进了金刚石薄膜的定向织构生长,而且还能刻蚀成核期的非金刚石成分.从而提高了金刚石薄片的红外光透过特性.     

MPCVD单晶金刚石生长及其电子器件研究进展

本综述分析了微波等离子化学气相沉积(MPCVD)单晶金刚石生长及其电子器件近年来的研究进展,并对其进行展望.详细介绍了金刚石宽禁带半导体特性、生长原理、生长设备、衬底处理.研究了影响MPCVD单晶金刚石生长的关键因素,为获得最优生长条件提供指导.分析了横向外延、拼接生长、三维生长等关键性生长技术,逐步提高单晶金刚石的质量和面积.在金刚石掺杂的研究中,详细介绍了n型和p型掺杂的研究进展.通过对金刚石肖特基二极管、氢终端金刚石场效应晶体管、紫外探测器的研究,展现了金刚石在电子器件领域的成果和进展.最后总结了MPCVD单晶金刚石生长及其电子应用过程中面临的挑战,展望了金刚石在电子器件领域的巨大应用前景.     

High-quality CdTe(100)/GaAs(100) grown by hot-wall epitaxy using gold tube radiation shield

High-quality CdTe(100) layers grown on GaAs(100) substrates by hot-wall epitaxy using a gold tube radiation shield are reported for the first time. From the investigation of thermal properties, we find that the gold tube radiation shield is more effective in heat confinement and temperature stability than a stainless steel tube radiation shield. The CdTe lattice parameters perpendicular to the interface decrease as the layer thickness increases by strain relaxation. We obtain 89 arc sec full width at half maximum of the X-ray double-crystal rocking curve for a 15 μm thick CdTe layer which is the smallest value reported to date. Exciton emission and donor-acceptor pair emission along with longitudinal optical (LO) phonon replicas are obtained from PL measurements, confirming the good quality of the crystal.     

Morphological Specific Features of (100)-Textured Polycrystalline Diamond Films

Crystallography Reports - The morphological specific features of (100)-textured polycrystalline diamond films, grown by chemical vapor deposition (CVD) and consisting of micrometer-sized...     

金刚石膜在Si(100)衬底上的选择沉积

采用自行设计的微波等离子体化学气相沉积系统,利用铜网作为模板实现了在Si(100)衬底上金刚石膜的选择沉积.用场发射扫描电子显微镜(SEM)、Raman散射谱对样品进行了表征与分析.并与同样生长条件下未采用模板时得到的金刚石样品进行了比较.结果发现,采用模板后,金刚石膜的成核密度和质量都得到很大提高.     

Surface reconstructions and growth mode transitions of AlAs(100)

The surface reconstructions of AlAs(100) layers grown by molecular beam epitaxy (MBE) on GaAs(100) were mapped as a function of substrate temperature and arsenic flux. Three main reconstructions were observed - a c(4×4) at lower temperatures and higher arsenic fluxes, a (2×4) at middle temperatures, and a (3×2) at higher temperatures and lower arsenic fluxes. Growth of AlAs on AlAs(100) is layer-by-layer for the high temperature and low temperature reconstructions. In the mid-temperature region, AlAs grows rough on (2×4) reconstructed AlAs(100) as indicated by rapidly damped reflection high-energy electron diffraction (RHEED) intensity oscillations and the appearance of three-dimensional (3D) features. The addition of fractional layers of Ga enhances the smooth growth of AlAs. A metastable (5×2) reconstruction was observed when a fraction of a layer of Ga was present on the surface. The results indicate that Ga segregates during the growth of AlAs on GaAs(100) at temperatures at least as low as 500°C, and that annealing at temperatures above 700°C removes most of the Ga from the surface.     

Growth kinetics on the (100) and (001) faces of TGS crystals

The growth kinetics and mechanisms on the (001) and (100) faces of TGS crystals were investigated. A phase contrast microscope with a CCD camera was used to observe the growth of the crystal. We found the growth on the (001) and (100) faces at high supersaturation was mainly controlled by a BCF surface diffusion mechanism. The kinetic data for the (100) face were also fitted by the nucleation and layer growth model of two-dimension nucleation at high supersaturation. Some important growth parameters for TGS crystals, such as edge energy, activation energy, and so on, were estimated.     

Pyrolysis kinetics of silicon hydrides on a Si(100) surface

Specific features of the decomposition of silicon hydrides on a Si(100) surface have been considered. Simulation of thermodesorption hydrogen spectra revealed three possible ways of hydrogen desorption from the surface and the occurrence of only one bimolecular decomposition reaction of SiH₂ molecules. All the kinetic parameters were unambiguously determined from the comparison of the simulated and experimental spectra. The influence of the initial surface coverage on the thermodesorption spectra is also studied.     

无位错Te-GaSb(100)单晶抛光衬底的晶格完整性

采用液封直拉(LEC)法批量生长的直径2英寸(1英寸=2.54 cm)n型Te-GaSb(100)单晶的位错腐蚀坑密度(EPD)通常低于300 cm^-2,达到无位错水平。本文利用X射线摇摆曲线以及倒易空间图(RSM)对这种GaSb单晶抛光衬底的晶格完整性和亚表面损伤情况进行了分析表征,结果表明经过工艺条件优化的化学机械抛光处理,GaSb单晶衬底表面达到原子级光滑,不存在亚表面损伤层。利用分子束外延在这种衬底上可稳定生长出高质量的Ⅱ类超晶格外延材料并呈现出优异的红外探测性能。在此基础上,对CaSb衬底材料的物性、生长制备和衬底加工条件之间的内在关系进行了综合分析。     

SiCN薄膜在Si衬底上的沉积

本文采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)系统,在单晶Si衬底上制备出了SiCN薄膜.所采用的源气体为高纯CH4和N2,而Si源来自于Si衬底、SiH4和Si棒.用场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射谱(XRD)对样品进行了表征与分析.结果表明,外加Si源、高的衬底温度、高流量N2有助于提高样品的成膜质量.所得到SiCN样品是新型的六方结构三元化合物.     

Molecular dynamics simulation of (100)InGaAs/GaAs strained-layer relaxation processes

Molecular dynamics simulations on In_1−xGa_xAs/GaAs(100) systems are performed showing the dynamics of threading dislocations in the overlayers and the formation of misfit dislocations at the heterojunction interface. The developed code, using a modified Tersoff potential, simulates the threading dislocation dynamics in the InGaAs overlayer, and also the formation of interface misfit dislocations. Values for critical thicknesses are predicted and the atomic structure of the dislocation cores are determined.