外延单晶薄膜的制备

一、引言由于外延单晶薄膜制备的成功,给器件制造提供了新的有用工艺技术。近年来用这一技术已制造出一些电子器件,他们具有独特的优越性能,例如饱和压降小,开关时间短等。这是外延生长单晶对器件的促进。但是由于器件的需要,对外延生长单晶薄膜又提出新的要求,例如不在锗上外延锗、硅上外延硅,而是在GaAs上外延锗,制成异质结,这样也促进了外延更广     

自支撑单晶氧化物薄膜的应用研究进展

随着柔性电子的迅猛发展,越来越多的新型智能可穿戴电子设备,逐渐改变人们的生活方式.同时,可穿戴器件小型化、柔性化、集成化、低功耗等需求不断提高,对柔性功能材料的要求越来越高,特别是亟需具有丰富功能特性的氧化物薄膜材料.近年来,随着薄膜生长与剥离技术的进步,自支撑单晶氧化物薄膜被开发出来.由于其脱离衬底束缚展现出优异柔性特征的同时,保持了丰富的磁、电、光、热、力等功能,在信息存储、智能传感、生物医疗、能源等领域具有广泛的应用前景.本文从自支撑氧化物薄膜的制备技术出发,展开介绍了基于铁电、压电、铁磁、金属-绝缘体转变等物理效应的晶体管存储器、能量收集、纳米发电机、应变传感器、储能器件及超导等方面的应用.     

气相外延生长的ZnSe单晶薄膜及电致发光

用窄空间外延方法,在GaAs(100)衬底上外延生长了ZnSe(100)单晶薄膜.实验条件是,T衬=550℃,T源=650℃,H2-HCl气流速率为0.4-0.45l/min,生长速率为0.25-0.3μ/h.外延片在700℃的Zn和MnCl2蒸气中处理40-60分钟,以降低ZnSe的电阻率及掺入杂质Mn.利用这一外延层制作了MS结发光二极管,在反向偏压下获得黄色电致发光.     

气相外延ZnSe单晶薄膜的蓝色电致发光

本文在300℃—700℃温度范围内,在GaAs衬底上气相外延生长了ZnSe单晶薄膜。讨论了衬底温度对外延层电学性质及光学特性的影响。ZnSe外延层经Zn气氛热处理后,发光特性大为改善。用处理后的ZnSe外延膜做成MIS发光二极管,首次得到了室温下气相外延ZnSe单晶薄膜的蓝色电致发光。     

用等离子体辅助分子束外延生长氧化锌单晶薄膜

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)方法,通过优化生长条件,在c平面蓝宝石(Al_2O_3)上生长出氧化锌(ZnO)单晶薄膜。使用反射式高能衍射仪(RHEED)原位监测到样品表面十分平整,X射线摇摆曲线(XRC)测得ZnO薄膜的<002>取向半峰全宽为0.20°,证实为ZnO单晶薄膜。室温下吸收谱(ABS)和光致发光(PL)谱显示了较强的激子吸收和发射,且无深能级(DL)发光。电学性能测量表明,生长的ZnO为n型半导体,室温下载流于浓度为7×10~(16) cm~(-3),与体单晶ZnO中的载流子浓度相当。     

分子束外延PbTe单晶薄膜的反常拉曼光谱研究

采用分子束外延(MBE)方法在BaF₂(111)衬底上生长了高质量的PbTe单晶薄膜， 拉曼光谱测量观察到了表面氧化物的振动模、布里渊区中心(q≈0)纵光学(LO)声子振动模以 及声子-等离子激元耦合模振动.随着显微拉曼光谱仪激光光斑聚焦深度的改变，各拉曼散射 峰的峰位、积分强度、半高宽等都表现出不同的变化趋势. 随着激光光斑聚焦位置从样品表 面上方3μm处变化到表面下方3μm处，PbTe外延薄膜的LO声子频率从119cm^-1移 动到124cm^{-1关键词： PbTe外延薄膜 拉曼散射 纵光学声子}     

制备绿色磷化镓发光二极管的液相外延生长法

用液相外延法可以制备出绿色场致发光磷化镓二极管。在密闭坩埚中装入Ga-GaP熔体,再将它放入垂直炉中。将GaP衬底片插入温度保持在约1110—1140℃的熔体中。从S、Se和Te中选择一种杂质加入熔体,然后缓慢地把温度冷到约1070—1100℃,就可形成n—型GaP薄层。此时用受主杂质(例如Zn或Cd)加入熔体进行反型掺杂,而制得p—型层。然后把衬底拉出熔体使之冷却到周围的温度。为降低串联电阻,对片子的衬底这边可进行磨薄,然后就可制备场致发光二极管。切割或解理下来的小片,分别在它的p侧和n侧制上Au—Zn和Au—Sn合金点。 用上述方法制备的绿色发光二极管的效率约为2.7×10~(-4),如把反反射环氧树脂帽加于二极管则效率可提高二倍以上。二极管可用作平面指示器。     

磷化镓变色显示器的制作和特性

近几年,关于半导体发光器件的技术已稳固建立。一些分立的器件和简单的数码管已广泛应用于工业和军事上的显示。还正在开展用这种技术制备比较复杂的显示器。特别是制备那种要求可靠性高,寿命长和驱动电压低的显示器。最常用的显示材料是发红光的GaAsP和GaP。前者,由于它既适合于平面工艺而又具有高自吸收系数,因而用不同复杂的光学隔离工序便可制备成单片的,高分辨的显示器,所以已比较广泛地用它来制备复杂的阵列。 引进发黄色和绿色光的Ⅲ—Ⅴ族化合物材料,大大扩展了可用发光二极管显示的范围。     

聚苯乙烯薄膜对自支撑锆薄膜的性能改善

 利用直流磁控溅射方法和提拉法制备了自支撑Zr/C₈H₈复合滤光膜和C₈H₈滤光膜。用同步辐射光源测量了滤光膜对软X射线的透射率,用俄歇电子能谱分析了膜中的元素含量。结果表明,虽然C8H8薄膜的加入在一定程度上降低了Zr滤光膜在软X射线波段的透射率,但较好地阻止了存储和使用过程中氧、氮等杂质对Zr金属膜的入侵,有效地改善了滤光膜的环境稳定性;同时很好地改善了Zr滤光膜的力学性能和表面面形,使制备的成品率提高了20%。     

MnTe单晶薄膜的外延制备、本征点缺陷结构及电输运优化

砷化镍型MnTe化合物是一类重要的环境友好p型中温热电材料.低空穴浓度是制约MnTe热电材料性能优化的关键因素,目前对于MnTe热电材料的性能优化缺乏系统的实验研究.本文采用分子束外延技术制备MnTe薄膜,并用扫描隧道显微镜表征其本征点缺陷,最终通过本征点缺陷的调控实现了MnTe的电输运性能大幅优化.结果表明, Mn空位(V_Mn)和Te空位(V_Te)是MnTe薄膜的主要本征点缺陷结构.随着薄膜生长温度(T_sub)的提高或Mn∶Te束流比的降低, MnTe薄膜的空穴浓度得到了大幅提升,最高空穴浓度可达21.5×1019 cm–3,比本征MnTe块体获得的数值高一个数量级.这归因于MnTe薄膜中p型V_Mn浓度的显著增加,并引起电导率和功率因子的显著提升.最后,在T_sub=280℃以及Mn∶Te=1∶12条件下生长的MnTe薄膜获得了所有样品中最高的热电功率因子,在483 K达到1.3μW·cm^–1·K^–2.本研究阐明了MnTe中存在的本征...     

自支撑金属薄膜厚度测量技术

惯性约束聚变（ICF）物理实验研究中,10-100μm厚度的Al,Cu等白支撑金属薄膜是常用的靶材料,由于薄膜厚度及其分布与冲击波速度、压强等物理实验结果直接相关,因此需要对其厚度进行精确的测量。长期以来,对薄膜样品厚度的测量主要采用传统的单面定位测量法,但由于薄膜一基底之间的定位误差,薄膜厚度的精密测量存在难以克服的技术难题。     

3C-SiC薄膜反向外延生长工艺的研究

本文采用低压化学气相淀积(LPCVD)技术,以甲烷CH4作为反应碳气体源,氢气H2作为稀释气体,将两者混合后,在n型Si(111)衬底上反向外延生长n型3C-SiC薄膜。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RAM)及扫描电子显微镜(SEM)对生长的3C-SiC薄膜进行测试和分析。对比在相同的反应温度下,不同的热处理方式对生长的3C-SiC薄膜质量的影响,进一步探讨SiC薄膜反向外延生长工艺的改进方法。结果表明,较慢的降温速率能够生长出质量较高的3C-SiC薄膜。     

GaAs衬底上生长的GaInP_2外延单晶薄膜的杂质污染研究

各种外延技术已被用来在ＧａＡｓ衬底上生长ＧａｘＩｎ１－ｘＰ外延单晶薄膜（ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ）．很多文献认为,在ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ生长过程中会被Ｃ杂质污染．我们用高灵敏的ＣＡＭＥＣＡＩＭＳ４Ｆ型二次离子质谱仪直接测量的结果表明,污染ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ的微量杂质是Ｓｉ,而不是Ｃ．由ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ在１．１７ｅＶ附近的光致发光峰的峰值随激发强度的变化形状表明了它应属于施主－受主对复合发光．进一步分析表明,施主为处在Ｇａ格位上的Ｓｉ杂质（ＳｉＧａ）,受主为Ｇａ空位（ＶＧａ）．     

GaAs(001)衬底上分子束外延生长InNSb单晶薄膜

利用射频氮等离子辅助分子束外延(RF-MBE)技术在GaAs(001)衬底上生长稀氮 InNSb半导体薄膜,并通过原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼散射光谱等测量手段对样品的微结构和N组分等进行了表征.结果显示样品有较好的晶体质量,N组分可高达0.84%(XRD的结果).本文还对样品的输运性质进行了表征,结果显示样品在室温下具有较低的载流子浓度和较高的迁移率.另外,初步研究表明在InSb中掺入N可导致其室温磁阻明显下降. 关键词： 分子束外延 稀氮半导体 X射线衍射 拉曼光谱     

自支撑纳米多孔金薄膜制备研究

采用磁控溅射镀金银膜,长时间热处理合金化制备前驱体合金,以渐进浓度的硝酸自由腐蚀去合金化成功制备出具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜。采用扫描电镜和X射线能谱仪对去合金腐蚀前后样品的形貌和成分进行了分析,结果表明：400 ℃,36 h的热处理使得薄膜样品完全合金化,获得了结晶致密的Au42Ag58合金膜;渐进浓度的自由腐蚀避免了薄膜的完全开裂,获得了样品尺寸大于15 mm15 mm、厚度400~500 nm、孔隙率约56%、具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜,其微观结构为连续的三维多孔结构,系带尺寸40~140 nm,80~100 nm的系带达58%。     

自支撑纳米多孔金薄膜制备研究

采用磁控溅射镀金银膜,长时间热处理合金化制备前驱体合金,以渐进浓度的硝酸自由腐蚀去合金化成功制备出具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜。采用扫描电镜和X射线能谱仪对去合金腐蚀前后样品的形貌和成分进行了分析,结果表明:400℃,36h的热处理使得薄膜样品完全合金化,获得了结晶致密的Au42Ag58合金膜;渐进浓度的自由腐蚀避免了薄膜的完全开裂,获得了样品尺寸大于15mm×15mm、厚度400~500nm、孔隙率约56%、具有自支撑结构的纳米多孔金薄膜,其微观结构为连续的三维多孔结构,系带尺寸40~140nm,80~100nm的系带达58%。     

Si单晶上的GaP外延生长

最近,日本电子总研固体物性研究所,已研究成在Si单晶上外延生长GaP单晶的技术。GaP是一种宽禁带半导体材料。比较容易控制其导电类型(n型或p型),因而做为可见发光二极管(波长为7000(?)或5570(?))正在得到应用。 GaP发光二极管最有希望的应用,是文字或图像显示板上的应用。从这类应用的实施角度来看,必须要解决如下问题:要确立高发光效率的优质GaP单晶的制备技术及其批量生产技术。     

分子束外延Mn4N单晶薄膜的反常霍尔效应研究

Mn₄N是立方相的反钙钛矿型晶体,具有显著的亚铁磁性和反常霍尔效应.该文利用等离子辅助分子束外延在MgO(100)衬底上生长厚度为40 nm的Mn₄N(100)单晶薄膜,通过X射线衍射θ扫描和φ扫描,证实外延层的结构符合Mn₄N单晶的空间结构特征;化学态测试结果表明Mn₄N(100)薄膜内部存在Mn⁰、Mn²⁺和Mn⁴⁺等几种价态,其实际化学式为Mn_3.6N,薄膜中存在富余的N元素;电学测试数据表明Mn₄N(100)薄膜具有以电子为载流子的反常霍尔效应(在正磁场中得到负的霍尔电阻率),正常霍尔效应的贡献约占千分之六,其反常霍尔电阻率随着测试温度升高5 K～350 K单调增大,说明温度升高导致电子散射现象加剧.通过对测试数据分析可以推断,在5 K～50 K和50 K～75 K温度范围,反常霍尔效应的来源可分别归结为电子斜散射机制和电子边跳机制.在75 K～350 K这一温度范围内,反常霍尔效应...