X射线驻波方法研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪,在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术,并用这一实验技术结合X射线衍射方法,研究了Si晶体中外延生长的超薄Ge原子层的微结构.实验结果表明,由于Ge原子的偏析,在Si晶体样品中形成了共格生长的Ge_xSi_1－x合金层,浓度平均值为x≈0.13;650℃退火会使Ge原子向表面扩散,Si晶体中的合金层消失,在晶体表面形成接近纯Ge的单原子层.     

Si(001)衬底上分子束外延生长Ge0.975Sn0.025合金薄膜

使用低、高温两步法生长的高质量Ge薄膜作为缓冲层,在Si(001)衬底上采用分子束外延法生长出Ge_0.975Sn_0.025合金薄膜.X射线双晶衍射和卢瑟福背散射谱等测试结果表明,Ge_0.975Sn_0.025合金薄膜具有很好的晶体质量,并且没有发生Sn表面分凝.另外,Ge_0.975Sn_0.025合金薄膜在500 ℃下具有很好的热稳定性,有望在Si基光电器件中得到应用. 关键词： GeSn Ge 分子束外延 外延生长     

低温生长的Ge/Si超晶格界面结构的X射线散射研究

低温下用MBE方法生长了Ge/Si超晶格,X射线反射及横向散射研究表明,Ge亚层上下表面的粗糙度呈反对称,下表面大的粗糙度来源于Ge向Si亚层中扩散形成SiGe混合组分结构,这种组分结构可以用一平均成分的SiGe合金层加以拟合,从而使得各亚层均有一个合理的粗糙度,旋转样品进行的X射线散射研究表明,这种SiGe的混合是各向同性的,这与透射电子显微镜的研究结构相一致.     

硅基锗薄膜选区外延生长研究

利用超高真空化学气相沉积系统, 基于低温Ge缓冲层和选区外延技术, 在Si/SiO₂图形衬底上选择性外延生长Ge薄膜. 采用X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜、拉曼散射光谱等表征了其晶体质量和应变等参数随图形尺寸的变化规律. 测试结果显示, 位错密度随着图形衬底外延窗口的尺寸减小而减少, Ge层中的张应变随窗口尺寸的增大先增大而后趋于稳定. 其原因是选区外延Ge在图形边界形成了(113)面, 减小了材料系统的应变能, 而单位体积应变能随窗口尺寸的增加而减少; 选区外延厚度为380 nm的Ge薄膜X射线衍射曲线半高宽为678", 表面粗糙度为0.2 nm, 表明选区生长的Ge材料具有良好的晶体质量, 有望应用于Si基光电集成.     

同步辐射X射线掠入射衍射实验技术及应用

利用北京同步辐射装置漫散射实验站的五圆衍射仪,建立了掠入射X射线衍射实验方法.对Si表面生长的Ge/Si量子点及其在Si表层产生的应变进行了成功测量,表明此方法可以有效地提取表面层的微弱信号.实验结果表明,Ge/Si量子点的形成除了在Si衬底表层形成了晶格具有横向膨胀应变的区域之外,还在Si衬底中形成了具有横向压缩应变的区域.     

Ge薄层异质结构的同步辐射X射线反射法研究

用X射线反射方法研究了分子束外延技术生长的Si中Ge薄层异质结构的Ge原子分布特性．根据X射线反射理论及Parratt数值计算方法对实验反射曲线的模拟,得到不同厚度的Ge薄层异质结构样品中Ge原子的深度分布为非对称指数形式：在靠近样品表面一侧的衰减长度为8埃,而在靠近样品衬底一侧的衰减长度为3埃,且分布形式与Ge原子层的厚度无关。讨论了不同结构参数(Ge原子薄层的深度、Ce原子分布范围、样品表面粗糙度、样品表面氧化层厚度等)对样品低角反射曲线的影响．     

Si缓冲层的生长温度对SiGe组分、结构的影响

利用同步辐射X射线高分辨衍射、掠入射表面衍射、原子力显微镜、电子显微镜等手段研究了SiGe外延层的生长质量、组分与作为缓冲层Si的生长温度之间的关系. 研究表明, 在外延薄膜中Ge的含量为32±2%; 当Si缓冲层生长温度在400—500\textcelsius范围内, SiGe外延层质量高, 没有生长位错出现. X射线反射及原子力显微镜则显示对应最光滑的SiGe外延层表面的Si缓冲层的生长温度为450\textcelsius, 相应的表面粗糙度仅为大约15\AA.     

X射线衍射研究表面活化剂对异质外延薄层Ge结构的影响

利用原位的反射式高能电子衍射和非原位的X射线衍射技术，研究了活化剂Sb对于Ge在Si上外延过程的影响．当没有活化剂、Ge层厚度为6nm时，外延Ge层形成岛状，应力完全释放．当有Sb时、Ge在Si上的生长是二维的，并且应力释放是缓慢的，即使Ge外延层厚为6nm，仍有42%的应变没有弛豫． 关键词：     

在Si衬底上用分子束外延低温生长Ge薄膜

本文报道了室温下淀积的薄层Ge在Si衬底表面上通过加热形成结晶的Ge岛,然后在此“带结构”的衬底表面上用分子束外延(MBE)方法生长Ge薄膜的反射式高能电子衍射(RHEED),俄歇电子能谱(AES)研究结果。X射线双晶衍射的测试结果表明,衬底表面的Ge岛有助于释放外延层的失配应力,提高外延层的晶体质量。 关键词：     

硅基低位错密度厚锗外延层的UHV/CVD法生长

利用超高真空化学气相淀积系统, 基于低温缓冲层和插入应变超晶格的方法, 在Si(100)衬底上外延出厚度约为880 nm的纯Ge层. 采用X射线双晶衍射、高分辨透射电镜、原子力显微镜和光致发光谱分别表征了其结构及光学性质. 测试结果显示外延Ge的X射线双晶衍射曲线半高宽为273", 表面均方根粗糙度为0.24 nm, 位错密度约为1.5×10⁶ cm². 在室温下观测到外延Ge的直接带跃迁光致发光, 发光峰值位于1540 nm. 表明生长的Si基Ge材料具有良好的结晶质量, 可望在Si基光电子器件中得到应用.     

Ge薄层异质结构的同步辐射X射线反射法研究

用X射线反射方法研究了分子束外延技术生长的Si中Ge薄层异质结构的Ge原子分布特性.根据X射线反射理论及Parratt数值计算方法对实验反射曲线的模拟,得到不同厚度的Ge薄层异质结构样品中Ge原子的深度分布为非对称指数形式:在靠近样品表面一侧的衰减长度为8埃,而在靠近样品衬底一侧的衰减长度为3埃,且分布形式与Ge原子层的厚度无关.讨论了不同结构参数(Ge原子薄层的深度、Ge原子分布范围、样品表面粗糙度、样品表面氧化层厚度等)对样品低角反射曲线的影响.     

Si/Gen/Si(001)异质结薄膜的掠入射荧光X射线吸收精细结构研究

利用掠入射荧光X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究了在400℃的温度下分子束外延生长的Si/Gen/Si(001)异质结薄膜(n=1,2,4和8个原子层)中Ge原子的局域环境结构.结果表明,在1至2个Ge原子层(ML)生长厚度的异质结薄膜中,Ge原子的第一近邻配位主要是Si原子.随着Ge原子层厚度增加到4 ML,Ge原子的最近邻配位壳层中的Ge-Ge配位的平均配位数增加到1.3.当Ge原子层厚度增加到8 ML时,第一配位壳层中的Ge-Ge配位占的比例只有55%.这表明在400℃的生长条件下,Ge原子有很强的迁移到Si覆盖层的能力.随着Ge层厚度从1增加到2,4和8 ML,Ge原子迁移到Si覆盖层的量由0.5 ML分别增加到1.5,2.0和3.0 ML.认为在覆盖Si过程中Ge原子的迁移主要是通过产生Ge原子表面偏析来降低表面能和Ge层的应变能.     

高速率沉积磁控溅射技术制备Ge点的退火生长研究

采用磁控溅射技术在Si衬底上以350?C沉积14 nm的非晶Ge薄膜,通过退火改变系统生长热能,实现了低维Ge/Si点的生长.利用原子力显微镜(AFM)和拉曼(Raman)光谱所获得的形貌和声子振动信息,对Ge点的形成机理和演变规律进行了研究.实验结果表明:在675?C退火30 min后,非晶Ge薄膜转变为密度高达8.5×109cm-2的Ge点.通过Ostwald熟化理论、表面扩散模型和对激活能的计算,很好地解释了退火过程中,Ge原子在Si表面迁移、最终形成纳米点的行为.研究结果表明用高速沉积磁控溅射配合热退火制备Ge/Si纳米点的方法,可为自组织量子点生长实验提供一定的理论支撑.     

Si/Gen/Si(001)异质结薄膜的掠入射荧光X射线吸收精细结构研究

利用掠入射荧光X射线吸收精细结构(XAFS)方法研究了在400℃的温度下分子束外延生长的Si/Ge_n/Si(001)异质结薄膜(n=1，2，4和8个原子层)中Ge原子的局域环境结构.结果表明，在1至2个Ge原子层(ML)生长厚度的异质结薄膜中，Ge原子的第一近邻配位主要是Si原子.随着Ge原子层厚度增加到4ML，Ge原子的最近邻配位壳层中的Ge-Ge配位的平均配位数增加到1.3.当Ge原子层厚度增加到8ML时，第一配位壳层中的Ge-Ge配位占的比例只有55%.这表明在400℃的生长条件下，Ge原子有很强的迁移到Si覆盖层的能力.随着Ge层厚度从1 增加到2，4和8ML，Ge原子迁移到Si覆盖层的量由0.5ML分别增加到1.5，2.0和3.0ML.认为在覆盖Si过程中Ge原子的迁移主要是通过产生Ge原子表面偏析来降低表面能和Ge层的应变能. 关键词： XAFS n/Si(001)异质膜')" href="#">Si/Ge_n/Si(001)异质膜 迁移效应     

Ge_xSi_1-x_/Si应变层超晶格的分子束外延生长及其特性研究

在 Si (l00) 衬底上用分子束外延在不同的温度下生长了不同组份的GeGe_xSi_1-x_/Si 应变层超晶格.用反射式高能电子衍射、x 射线双晶衍射、卢瑟福背散射、透射电子显微镜以及Raman散射等侧试方法研究了Ge Ge_xSi_1-x_/Si超晶格的生长及其结构特性. 结果表明, 对不同合金组份的超晶格, 其最佳生长温度不同. x值小, 生长温度高; 反之, 则要求生长温度低. 对于x为0. 1-0. 6 , 在400-600℃ 的生长温度范围能够长成界面平整、晶格完好和周期均匀的GeGe_xSi_1-x_/Si应变层超晶格. 关键词：     

用不同的Mo靶溅射功率制备Mo/Si多层膜

 用磁控溅射法制备了周期厚度和周期数均相同的Mo/Si多层膜，用原子力显微镜和小角X射线衍射分别研究了Mo靶溅射功率不相同时，Mo/Si多层膜表面形貌和晶相的变化。随后在国家同步辐射实验室测量了Mo/Si多层膜的软X射线反射率。研究发现，随着Mo靶溅射功率的增大，Mo/Si多层膜的表面粗糙度增加，Mo的特征X射线衍射峰也增强，Mo/Si多层膜的软X射线峰值反射率先增大后减小。     

Si1－xGex/Si量子阱发光材料的分子束外延生长及其结构研究

采用固源Si分子束外延,在较高的生长温度于Si(100)衬底上制备出Si1－xGex/Si量子阱发光材料。发光样品的质量和特性通过卢瑟福背散射、X射线双晶衍射及光致发光评估。背散射实验中观察到应变超晶格的反常沟道效应;X射线分析表明材料的生长是共度的、无应力释放的,结晶完整性好。低温光致发光主要是外延合金量子阱中带边激子的无声发射和横光学声子参与的激子复合。并讨论了生长温度对量于阱发光的影响。     

用同步辐射X射线衍射技术分析GaN/Si外延膜的结构与应变

选用有AlN和AlGaN缓冲层的GaN/Si作为测试样品,采用同步辐射X射线衍射(SRXRD)技术对样品外延膜(GaN)的几何结构、晶格常量及其应变进行了分析.结果表明,同步辐射X射线衍射实验可以作为一种有效的技术手段,测试固体结构及应变.     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列具有不同Si3N4层厚度的AlN/Si3N4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.研究了Si3N4层在AlN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.分析认为,AlN/Si3N4纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关.     

GaAs/Ge的MOCVD生长研究

用常压MOCVD在Ge衬底上外延生长了GaAs单晶层,研究了GaAs和6e的极性与非极性材料异质外延生长,获得了质量优良的GaAs/Ge外延片,GaAs外延层X射线双晶衍射回摆曲线半高宽达16弧秒.10K下PL谱半峰宽为7meV.讨论了极性与非极性外延的界面反相畴问题和GaAs-Ge界面的Ga、Ge原子互扩散问题.