外延生长薄膜中失配位错形成条件的分子动力学模拟研究

运用分子动力学方法对负失配条件下的外延铝簿膜中失配位错的形成进行了模拟研究.所采 用的原子间相互作用势为嵌入原子法(EAM)多体势.模拟结果显示：在500K下长时间静态弛豫 ，表面和内部结构完整的外延膜在9—80原子层厚度范围内(约为其热力学临界厚度的3—40 倍)均不形成失配位错，而在薄膜表面预置一个单原子层厚、三个原子直径大小的凸台或凹 坑时，失配位错则能够在15个原子层厚的外延膜上迅速形成：在动态沉积生长条件下，表面 自然形成凹凸，初始厚度为9个原子层厚的外延膜在沉积生长中迅速形成失配位错.在三种条 件下，所形成的位错均为伯格斯矢量与失配方向平行的全刃位错.分析发现：在压应力作用 下，表面微凸台诱发了其侧薄膜内部原子的挤出，造成位错形核；而表面微凹坑则直接因压 应力作用形成了一个表面半位错环核. 关键词： 外延薄膜 失配位错 分子动力学 铝     

面心立方晶体外延膜沉积生长中失配位错的结构与形成过程

用分子动力学方法对5%负失配条件下面心立方晶体铝薄膜的原子沉积外延生长进行了三维模拟.铝原子间的相互作用采用嵌入原子法(EAM)多体势计算.模拟结果再现了失配位错的形成现象.分析表明，失配位错在形成之初即呈现为Shockley扩展位错，即由两个伯格斯矢量为〈211〉/6的部分位错和其间的堆垛层错组成，两个部分位错的间距、即层错宽度为1.8 nm,与理论计算结果一致；外延晶体薄膜沉积生长中，位错对会发生滑移，但其间距保持稳定.进一步观察发现，该扩展位错产生于一种类似于“局部熔融-重结晶”的表层局部无序紊乱- 关键词： 失配位错 外延生长 薄膜 分子动力学 铝     

晶格失配对异质外延超薄膜生长中成核特性的影响

利用动力学蒙特卡罗方法模拟了异质外延超薄膜生长中的成核过程.研究了薄膜与衬底的晶格失配对超薄膜生长中成核密度、平均核尺寸、标度关系及生长模式的影响.结果发现产生压（张）应变的晶格负（正）失配使生长过程更早（迟）从成核区进入过渡区，失配越大，这一效应越明显.在相同的沉积条件下，负失配导致超薄膜形成较低的成核密度与较大的平均核尺寸，而正失配则相反.成核密度满足标度关系Ns≈(F/D)χ，随着失配度从-0.04增加到0.02，标度系数χ从0.37逐渐减小到0.33，对应超薄膜生长过程从包含二聚体扩散模式转变到无 关键词： 薄膜生长 成核 晶格失配 蒙特卡罗模拟     

HgCdTe外延薄膜临界厚度的理论分析

基于在任意坐标系内应力与应变的关系、晶体弹性理论和位错滑移理论，研究了生长方向分别为［111］和［211］晶向，HgCdTe外延薄膜临界厚度与CdZnTe衬底中Zn组分和HgCdTe外延层中Cd组分的关系. 结果表明，HgCdTe外延薄膜临界厚度依赖于CdZnTe衬底中Zn组分和HgCdTe外延层中Cd组分的变化. 对于厚度为10μm，生长方向为［111］晶向的液相外延HgCdTe薄膜，要确保HgCdTe/CdZnTe无界面失配位错的前提条件，是CdZnTe衬底中Zn组分和HgCdTe外延层中Cd组分的波动必须分别在±0.225‰和±5‰范围内；而对于相同厚度，生长方向为［211］晶向的分子束外延HgCdTe薄膜，CdZnTe衬底中Zn组分和HgCdTe外延层中Cd组分的波动范围分别为±0.2‰和±4‰. 关键词： HgCdTe/CdZnTe 临界厚度 位错滑移理论 失配位错     

高质量GaN外延薄膜的生长

综述了高质量ＧａＮ外延薄膜的生长研究工作的最新重要进展．主要采用的新工艺为：在较低温度下生长ＧａＮ缓冲层后再高温生长ＧａＮ外延薄膜,双气流金属有机化合物气相沉积（ＭＯＣＶＤ）,以及用开有窗口的ＳｉＯ２膜截断穿过位错后横向覆盖外延生长（ｅｐｉｔａｘｉａｌｙｌａｔｅｒａｌｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）．Ｘ射线衍射和高分辨电镜研究证实,上述工艺使ＧａＮ外延薄膜质量得到显著提高．利用这种薄膜研制成的蓝色激光管即将投放市场．     

温度对镍基单晶高温合金γ/γ'相界面上错配位错运动影响的分子动力学研究

用分子动力学方法研究了温度对镍基单晶高温合金γ/γ'相界面上错配位错运动的影响.研究结果表明:无论是在低温还是在高温下,错配位错的运动都是通过扭折的形核及扭折沿位错线的迁移来实现;在低温时错配位错的相互作用有利于错配位错的运动;然而在高温时错配位错的相互作用可以阻碍错配位错的运动,从而阻碍γ和γ'相界面的相对滑动,有利于提高镍基单晶高温合金的高温力学性能. 关键词： 镍基单晶高温合金 相界面 错配位错 分子动力学模拟     

反向外延生长3C-SiC薄膜中残余应力的工艺优化

本文为改善反向外延生长3C-SiC薄膜中残余应力的工艺优化方法,采用LPCVD技术,将甲烷和氢气按1∶10比例混合后与n-Si(111)衬底反应,制备3C-SiC薄膜。通过X射线衍射分析仪、激光拉曼光谱仪和场发射扫描电子显微镜进行测试和分析。在该方法中,反应恒温1200℃为最优温度,反应温度过高或过低都不利于3C-SiC薄膜生长;在反应温度为1200℃时,为增加薄膜厚度而单纯增加反应时长,缺陷浓度也会相应地增加,从而薄膜结晶质量相应降低;但在1250℃反应温度时,增加反应时长不仅会增加薄膜的厚度,而且也会缓减薄膜中残余应力,同时改善薄膜的结晶质量。另外研究结果还表明:1250℃时经过一个恒温的等时退火工艺后,再降温的方式可进一步降低薄膜中本征残余应力,从而改善薄膜的结晶质量和晶格失配。     

异质外延生长中应变对圆形岛形貌稳定性的影响

本文利用BCF模型研究了应变对圆形岛形貌稳定性的影响. 通过Gibbs-Thomson关系将应变引入该模型中,讨论了在失配应变、外场应变以及沉积流量、线张力和远场流量等因素共同作用下圆形岛的稳定性,并得到了相应的扰动增长率以及临界沉积流量. 研究结果表明：较大的失配应变和远场流量都能促进岛在生长过程中失稳,而线张力可以抑制岛的失稳. 随着岛的生长,岛的半径越大越趋于稳定,当岛生长到临界半径后,临界沉积流量随着失配应变的增大而增大. 在外场应变存在的情况下,外场负应变对岛的生长起稳定作用并使临界沉积流量减小;相反,正应变促进岛的失稳,且使临界流量增大. 这些结论对在薄膜生长过程中控制原子岛的形貌及其稳定性提供了重要的理论依据. 关键词： 形貌稳定性 失配应变 外场应变 圆形岛     

薄膜外延生长的计算机模拟

以Cu膜为例，用Monte-Carlo算法模拟了薄膜生长的随机过程，并提出了更加完善的模型.在合理选择原子间相互作用计算方法的基础上，考虑了原子的吸附、在生长表面的迁移及迁移所引起的近邻原子连带效应、从生长表面的脱附等过程.模拟计算了薄膜的早期成核情况以及表面粗糙度和相对密度.结果表明，随着衬底温度的升高或入射率的降低，沉积在衬底上的原子逐步由离散型分布向聚集状态过渡形成一些岛核，并且逐步由二维岛核向三维岛核过渡.在一定的原子入射率下，存在三个优化温度，成核率最高时的最大成核温度Tn、薄膜的表面粗糙度最低 关键词： Monte-Carlo算法 计算机模拟 薄膜生长     

GaSb衬底外延InAs薄膜及光学性质研究

利用分子束外延技术在GaSb(100)衬底上先生长作为缓冲层以降低薄膜失配度的低Sb组分的三元合金InAsSb,再生长InAs薄膜.在整个生长过程中通过反射高能电子衍射仪进行实时原位监测.InAs薄膜生长过程中,电子衍射图案显示了清晰的再构线,其薄膜表面具有原子级平整度.利用原子力显微镜对InAs薄膜进行表征,结果显示较低Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的粗糙度比较高Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的粗糙度降低了约2.5倍.通过对不同Sb组分的三元合金InAsSb缓冲层上外延的InAs薄膜进行X射线衍射测试及对应的模拟,结果表明在较低Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的衍射峰半高峰宽较小,说明低Sb组分的InAsSb作为缓冲层可以降低InAs薄膜的内应力,提高InAs薄膜的结晶质量.利用光致发光光谱对高结晶质量的InAs薄膜进行发光特性研究,10 K下InAs的发光峰位约为0.418 eV,为自由激子发光.     

生长温度对MOCVD外延ZnO纳米结构的影响

为了探究生长温度对外延ZnO纳米结构的影响,得到ZnO纳米结构可控生长的生长温度条件。利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法,设计并获得了不同生长温度的ZnO外延样品,并对所有样品进行了表面形貌、光学特性、电学特性表征和结晶质量表征。实验结果表明:600℃生长的ZnO纳米柱横向尺寸最小,为65 nm左右,其光学特性也相对较好,晶体衍射峰的半峰宽最小,为0.165°,晶粒尺寸最大,为47.6 nm;电学性质相对最优的为640℃生长的ZnO样品,霍尔迁移率高达23.5 cm²/（V·s）。通过结果分析发现,生长温度能影响外延ZnO的生长模式,从而影响ZnO的形貌、光学、电学和晶体质量等特性。     

硫化温度对ZnS薄膜生长质量的影响

采用热反应法对玻璃衬底上以磁控溅射制备的Zn薄膜进行硫化,制备出ZnS薄膜。薄膜的微观结构、物相结构和表面形貌分别采用正电子湮没技术（PAT）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）进行分析和表征。利用慢正电子湮没多普勒展宽对四个不同硫化温度下得到的ZnS薄膜样品中膜层结构缺陷进行研究,测量了薄膜中的空位型微观缺陷的相对浓度,指出445℃硫化样品中正电子注入能量在1.5~4.5 keV后S参数最小,说明该硫化温度下反应生成的ZnS薄膜结构缺陷浓度最小,膜的致密度最高。XRD结果显示薄膜在445℃以上硫化后,呈（111）择优生长趋势。从扫描电镜的结果也可以看出,在445℃硫化后,薄膜的晶粒明显地变得更大、更致密,这是因为ZnS晶胞比Zn晶胞大以及硫化过程中ZnS固相再结晶的缘故。ZnS thin films have been prepared by sulfurizing zinc thin films deposited on glass substrate by magnetron sputtering for two hours. The microstructure defects, crystallizations and surface morphology of zinc films sulfurized at different temperature were analyzed by PAT (positron annihilation technique), XRD(X-ray diffraction) and SEM (Scanning electron microscopy), respectively. For analyzing the structure defect of four samples with different sulfurization temperature, PAT has been used to obtain the relative concentration of defects. With the positron energy range of 1.5~4.5 keV, the S parameter of ZnS films is minimum. It demonstrates that ZnS films produced at 445℃ have the minimum structural defect concentration and the highest density. XRD results show that films are blende structure with the preference of (111) orientation above 445℃. And from the result of SEM, because of ZnS films recrystallization, the crystal grains obviously become large and dense at 445℃.     

The Influence of Film Thickness on Annealing-Induced Grain Growth in Pt Films

Technical Physics - Pt films with thickness h = 20–100 nm deposited on oxidized с-Si(100) substrate have been subjected to vacuum annealing at 500°C for 1 h, which resulted in...     

膜厚监控误差及监控片不均匀对膜厚监控的影响

借助于VC 编程从理论上模拟分析了膜厚监控误差以及监控片不均匀性对光学膜厚监控的影响。结果表明,膜厚监控误差和监控片的不均匀性都对监控曲线有影响;随着膜层层数的增加,监控片不均匀性逐渐增大。实验制备了多层规整薄膜并对其监控曲线进行了分析,分析表明考虑到膜厚监控误差和监控片不均匀性后计算的光学监控曲线和镀膜过程实测光学监控曲线吻合较好。这说明膜厚监控误差和监控片不均匀性是引起监控曲线与理论值偏离的重要因素。介绍了如何计算考虑膜厚监控误差和监控片不均匀性后的理论监控曲线。这将对膜厚自动监控,尤其是对非规整膜系的自动监控具有重要的指导意义。     

Growth of High-Quality GaAs on Ge by Controlling the Thickness and Growth Temperature of Buffer Layer

In the last two decades, m-v compound semi- conductor materials grown on elemental semiconduc- tor substrates have attracted much attention due to their potential applications in high-efficiency so- lar cells, photodetectors, quantum-dot （QD） lasers, and metal-oxide-semiconductor field-effect transistors （MOSFETs）. Due to their extremely high electron mobility, III-V semiconductors such as GaAs, InGaAs and InAs are believed to be chan- nel materials for future complementary metal-oxide- semiconductor （CMOS） technology.CMOS tran- sistors on Ge substrates with high mobility In- GaAs/Ge channels have already been fabricated by using a wafer bonding technique, which is a promis- ing step for such a device on Si.     

Distribution of Misfit Dislocations and Elastic Mechanical Stresses in Metamorphic Buffer InAlAs Layers of Various Constructions

Physics of the Solid State - The equilibrium distributions of the misfit dislocation density ρ(z) and elastic stresses ε(z) are calculated along the direction of the epitaxial growth of...     

薄膜厚度对AgInSbTe相变薄膜的光学性质的影响

采用射频溅射法制备了Ag8In14Sb55Te23相变薄膜,对深积态薄膜在300℃时进行了热处理,测量了不同厚度薄膜的反射、吸收谱及光学常数。研究了薄膜的光学常数与薄膜厚度的关系。结果表明在一定的厚度范围其光学常数随膜层厚度的不同有较大的变化,尤其在短波长范围内更为明显,这对于短波长记录相变光盘有重要意义。     

Growth of AlGaN Epitaxial Film with Chemical Vapour High A1 Content by Metalorganic Deposition

A high-Al-content AlGaN epilayer is grown on a low-temperature-deposited AlN buffer on （0001） sapphire by low pressure metalorganic chemical vapour deposition. The dependence of surface roughness, tilted mosaicity, and twisted mosaicity on the conditions of the AlGaN epilayer deposition is evaluated. An AlGaN epilayer with favourable surface morphology and crystal quality is deposited on a 2Onto low-temperature-deposited AlN buffer at a low V/Ⅲ flow ratio of 783 and at a low reactor pressure of 100 Torr, and the adduct reaction between trimethylaluminium and NH3 is considered.     

Effect of Temperature of Thermomechanical Processing on the Heterogeneous Structure of Carbon Fiber

Technical Physics - X-ray diffraction is used to study changes of fine structure of carbon fibers caused by an increase in the heat-treatment temperature. It is shown that the fiber material is...     

Study of Phase Transition Properties in Epitaxial Ferroelectric Film

Based on the transverse Ising model and using decoupling approximation to the Fermi-type Green's function, we study the phase transition properties of the epitaxial ferroelectric film with one substrate. A general recursive equation of the ferroelectric thin film with two n-layer materials is obtained, which enables us to study the phase transition properties for any number layers forepitaxial ferroelectric thin film. With the help of this equation, we analyze the effect of the exchange interaction and the transverse field in the phase diagram, the influence to the polarizations and Curie temperature numerically. The results show that epitaxial ferroelectric film are able to induce a strong increase or decrease of Curie temperature to different exchange interactions and transverse fields within the epitaxial film layers. The theoreticalresults are in reasonable accordance with experimental data of different ferroelectric thin film.