GexSi1-x/Si应变层超晶格的分子束外延生长及其特性研究

在Si(100)衬底上用分子束外延在不同的温度下生长了不同组份的Ge_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。散射等测试方法研究了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、 关键词：     

GexSi1-x/Si超晶格的X射线小角衍射分析

用分子束外延生长了23周期的Ge_xSi_1-x/Si超晶格,用计算机控制的衍射仪(CuK_a辐射)测量了X射线衍射曲线,共观察到13级超晶格结构的衍射峰。超晶格的周期和Ge平均含量可以根据考虑折射修正的布喇格定律得出。用光学多层膜反射理论分析衍射曲线可以确定超晶格的结构参数,第2级衍射峰与第一级峰的强度比对应于超晶格两种材料的相对厚度变化非常灵敏,通过比较实验和计算的I₂/I₁值,可以确定Si,Ge_xSi_1-x层的厚度以及合金组份x。用光学多层膜反射理谁计算得到的衍射曲线与实验曲线趋于一致。 关键词：     

Ge_xSi_(1-x)/Si超晶格的X射线小角衍射分析

用分子束外延生长了23周期的Ge_xSi_(1-x)/Si超晶格,用计算机控制的衍射仪(Cu K_α辐射)测量了X射线衍射曲线,共观察到13级超晶格结构的衍射峰。超晶格的周期和Ge平均含量可以根据考虑折射修正的布喇格定律得出。用光学多层膜反射理论分析衍射曲线可以确定超晶格的结构参数,第2级衍射峰与第一级峰的强度比对应于超晶格两种材料的相对厚度变化非常灵敏,通过比较实验和计算的I_2/I-1值,可以确定Si,Ge_xSi_(1-x)层的厚度以及合金组份x。用光学多层膜反射理谁计算得到的衍射曲线与实验曲线趋于一致。     

(Si)n/(Ge)n超晶格几何结构

本文用Keating模型计算了Si_1-xGe_x(x=0—1)作衬底、沿(100)方向生长的(Si)_n/(Ge)_n(n=1—6)应力超晶格的几何结构,并讨论了衬底对超晶格生长的影响,计算结果发现对于(Si)_n/(Ge)_n超晶格,用适当的Si_1-xGe_x作衬底有利于超晶格的生长。 关键词：     

1 eV吸收带边GaInAs/GaNAs超晶格太阳能电池的阱层设计

使用In, N分离的GaInAs/GaNAs超晶格作为有源区是实现高质量1eV带隙 GaInNAs基太阳能电池的重要方案之一. 为在实验上生长出高质量相应吸收带边的超晶格结构, 本文采用计算超晶格电子态常用的Kronig-Penney模型比较了不同阱层材料选择下, 吸收带边为1 eV的GaInAs/GaNAs超晶格相关参数的对应关系以及超晶格应变状态. 结果表明: GaNAs与GaInAs作为超晶格阱层材料在实现1 eV的吸收带边时具有不同的考虑和要求; 在固定1 eV的吸收带边时, GaNAs材料作为阱层可获得较好的超晶格应变补偿, 将有利于生长高质量且充分吸收的太阳能电池有源区. 关键词： GaInAs/GaNAs超晶格 Kronig-Penney模型 太阳能电池     

GexSi1-x/Si超晶格的俄歇深度剖面分析

用氩离子刻蚀和俄歇电子能谱测量Ge_xSi_1-x/Si应变层超晶格的成分深度分布,得到Ge,Si两种成分随深度的周期性变化,在二次电子象中观察到刻蚀坑边缘的明暗交替的周期性结构。讨论了用俄歇深度剖面分布作超晶格结构分析的特点及其局限性。 关键词：     

双层锰氧化物薄膜的制备及其物理性质

用脉冲激光沉积(PLD)方法成功地制备了双层钙钛矿结构的La2-2xSr1+2xMn2O7(x=032)单相薄膜.这种薄膜生长在具有不同晶格参数的两种衬底上.测量发现，两种衬底上生长的La2-2xSr1+2xMn2O7(x=032)薄膜具有迥然不同的金属-绝缘体转变温度TM-I及其他物性.界面应力的研究表明这是衬底晶格常数不同引起膜内应变的结果.在衬底的压应力下，薄膜的电阻-温度曲线的峰值(TM-I)向高温移动且电阻率(ρ)下降；相反，对于衬底张应力下的薄膜，TM-I下降ρ上升.这些结果可以用双交换模型做很好的解释. 关键词： CMR 双层锰氧化物薄膜 PLD 应力     

不同周期结构硅锗超晶格导热性能研究

构造了均匀、梯度、随机3种不同周期分布的硅/锗(Si/Ge)超晶格结构.采用非平衡分子动力学(NEMD)方法模拟了硅/锗超晶格在3种不同周期分布下的热导率,并研究了样本总长度和温度对热导率的影响.模拟结果表明:梯度和随机周期Si/Ge超晶格的热导率明显低于均匀周期结构超晶格;在不同的周期结构下,声子分别以波动和粒子性质输运为主;均匀周期超晶格热导率具有显著的尺寸效应和温度效应,而梯度、随机周期Si/Ge超晶格的热导率对样本总长度和温度的依赖性较小.     

高完整GexSi1-x/Si应变超晶格的X射线双晶衍射研究

本文用X射线双晶衍射技术对分子束外延生长的Ge_xSi_1-x/Si应变超晶格的结构参数进行研究,分别采用X射线运动学理论和动力学理论对超晶格的双晶摆动曲线进行计算模拟,得出超晶格的全部结构参数;并对这两种理论计算模拟的结果进行比较,发现这两种理论计算的结果基本一致,只是在细微结构上略有差别,对高完整Ge_xSi_1-x/Si超晶格,用动力学理论计算的曲线更接近于实验曲线。 关键词：     

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Si_1-xGe_x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S iGe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SiGe/Si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SiGe/Si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SiG e应变弛豫度是可行的. 关键词： SiGe合金 应变 带隙     

InAs/GaInSb超晶格薄膜结构与电学性能

采用分子束外延(MBE)方法, 调节生长温度、Ⅴ/Ⅲ束流比等参数在(001)GaAs衬底上生长了InAs/GaInSb超晶格薄膜.结果表明:InAs/GaInSb超晶格薄膜的最佳生长温度在385~395 ℃, Ⅴ/Ⅲ束流比为5.7 :1~8.7 :1.高能电子衍射仪(RHEED)原位观测到清晰的GaAs层(4×2)、GaSb层(1×3)和InAs层(1×2)再构衍射条纹.获得的超晶格薄膜结构质量较好.随着温度的升高, 材料的载流子浓度和迁移率均上升.     

蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

SiGe／Si应变层超晶格的结构和光散射特性

ＳｉＧｅ／Ｓｉ应变层超晶格是一种亚稳态结构。在高温下，原子互扩散导致异质界面展宽；同时，由晶格失配引起的应变会发生弛豫。这两种现象都将导致超晶格结构的变化。本文证明，利用拉曼散射光谱可以定量地反映这一变化。（１）我们首先把界面陡峭超晶格中折叠纵声学（ＦＬＡ）声子的色散关系和散射强度的理论计算推广到界面展宽的情形。然后，我们分析了测量得到的在不同温度下退火的超晶格样品的ＦＬＡ声子散射谱。通过测量谱和计算结果的比较，得到了不同退火温度下异质界面的展宽或扩散长度。我们也从理论上证实并且在实验上观察到：ＬＦＡ声子在超晶格布里渊区边界的能带分裂随异质界面的展宽而减小。（２）我们定量地分析了ＳｉＧｅ／Ｓｉ超晶格中光学声子的散射谱随退火温度的变化。考虑到原子互扩散引起的合金组份变化以及应变弛豫两大因素，我们发现，对上述合金型ＳｉＧｅ／Ｓｉ超晶格，在８００℃下退火１０分钟，超晶格中由于原子互扩散引起的界面展宽是非常严重的。相比之下，晶格弛豫的大小与材料的生长条件有关。对较低温度（４００℃）下生长的超晶格，晶格弛豫量并不大，仅为１６％。这一结果也得到了Ｘ－射线衍射谱的支持。（３）我们讨论了与ＳｉＧｅ／Ｓｉ应变层超晶格的结     

超晶格结构的离子束沟道分析

1970年,Leo Esaki和 Ray Tsu首先提出了超晶格的概念[1].他们从量子力学的基本理论推论出超晶格具有电子传输和光学性质的可剪裁性,并指出了可能实现的制备超晶格的方法,即把两种不同的半导体材料交替地生长在一起,形成一种超薄多层结构(组分超晶格).随着分子束外延(MBE)技术的完善和发展,三年后L.L.Chang等人用MBE方法首先成功地实现了Ga_(1-x)AIxAs/GaAs组分超晶格的制备[2].其后 InAs/GaAs,InxGa_(1-x)As/GaAs,InAs/GaSb,AlSb/Gasb 和 GaAs_(x)P_(1-x)/GaAs等各种系列的组分超晶格都相继制成和得以研究. 把 RBS(Ruther…     

高完整Ge_xSi_(1-x)/Si应变超晶格的X射线双晶衍射研究

本文用X射线双晶衍射技术对分子束外延生长的Ge_xSi(1-x)/Si应变超晶格的结构参数进行研究,分别采用X射线运动学理论和动力学理论对超晶格的双晶摆动曲线进行计算模拟,得出超晶格的全部结构参数;并对这两种理论计算模拟的结果进行比较,发现这两种理论计算的结果基本一致,只是在细微结构上略有差别,对高完整Ge_xSi(1-x)/Si超晶格,用动力学理论计算的曲线更接近于实验曲线。     

高组分稀磁半导体Cd1-xMnxTe/CdTe超晶格的荧光谱研究

报道用分子束外延(MBE)技术生长的x=0.4,0.8的高组分稀磁半导体Cd1-xMnxTe/CdTe超晶格低温和室温荧光谱研究结果.基态激子跃迁能级荧光谱实验结果显示高组分超晶格中具有高量子效率和高质量光发射.对激子能级随温度的变化进行了详细研究,给出激子跃迁能量的温度系数.激子能级线型的展宽随温度变化关系可用激子-纵向光学声子耦合模型解释.与光调制反射谱实验结果进行了比较.     

超晶格中GaAs/InGaAs界面与InGaAs/GaAs界面的特性差异

In_xGa_1-xAs缓冲层上生长In_yGa_1-yAs/GaAs超晶格（x＜y）．阱层处于压缩应变，垒层处于伸张应变，其厚度均小于Mathews-Blakeslee（M-B）平衡理论计算的临界厚度．透射电子显微镜及俄歇电子能谱、二级离子质谱测试发现，GaAs/In_yGa_1-yAs界面铟组分过渡区比In_yGa_1-yAs/GaAs界面铟组 关键词：     

应变层超晶格InAs/InP界面的平均键能行为与价带边不连续性

采用LMTO能带方法,对两种不同应变状态下(自由形变和以InP为衬底),应变层超晶格(InAs)₁(InP)₁(001)和与应变层超晶格的分子层相对应的应变体材料,以及无应变的体材料进行了第一原理计算,并采用冻结势方法求出了两种超晶格各分子层的平均键能。结果表明,能存在应变的情况下,异质界面两边的平均键能非常一致,且这种一致性受应变状态的影响很小,因而可以把它用来作为确定应变层超晶格价带边不连续值(△E_v)的普遍适用的参考能级。研究了应变对 关键词：     

用高分辨透射电镜对MOCVD生长的ZnSe1-xSx-ZnSe应变超晶格结构的研究

本文利用高分辨电子显微镜(TEM)从原子尺度对MOCVD生长的ZnSe_1-xS_x-Znse应变超晶格的精细结构进行了细致观察.通过对缺陷的种类、分布的分析提出缺陷的产生原因与过渡层质量有直接关系,通过改善过渡层的成份及各层间的厚度可制备出结构较完整以及较平整的超晶格薄层材料.     

基于界面原子混合的材料导热性能

构造了界面具有原子混合的硅锗(Si/Ge)单界面和超晶格结构.采用非平衡分子动力学模拟研究了界面原子混合对于单界面和超晶格结构热导率的影响,重点研究了界面原子混合层数、环境温度、体系总长以及周期长度对不同晶格结构热导率的影响.结果表明:由于声子的“桥接”机制,2层和4层界面原子混合能提高单一界面和少周期数的超晶格的热导率,但是在多周期体系中,具有原子混合时的热导率要低于完美界面时的热导率;界面原子混合会破坏超晶格中声子的相干性输运,一定程度引起热导率降低;完美界面超晶格具有明显的温度效应,而具有原子混合的超晶格热导率对温度的敏感性较低.