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《超高真空cvd外延生長sigec材料與性能.研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。
1、王亞東浙江大學碩士學位論文2001．4子親合勢為1．88eV，也小于Si和Ge的電子親合勢。而且金剛石的禁帶寬度為5．48eV，比Si和Ge大得多。與原來的SiI．xGe。二元系合金相比，新的Sil．x-yGexCy三元系合金將具有較小的晶格常數(shù)和較大的禁帶寬度，Sil。yGe。c／si超晶格有可能對電子和空穴都具有很好的限制效果，材料的光電性能將會大大提高。因此，今年來國際上興起了對Sil-X-yGe、C，三元系合金的研究熱潮。本論文將要提到的sil_x。Ge。Cy合金，如果不作特別的說明．都是指在si基上共度生長的Sit．x-yGe。Cy外延單晶。
2、同時，由于s¨Cy、Get．yCy與Sit．x．yGe。Cy合金之問的特殊關系，本論文在討論sn．yGe。Cy合金的同時，可能會涉及到Sit．yCy和Gel-yCy二元合金的一些性質(zhì)。Ⅳ族元素c、Si、Ge和化合物碳化硅(SIC)的一些物理參數(shù)例如表1。SiC在溫度約低于2000"C時通常為B相，在溫度高于2000℃時為n相¨I。我們只考慮B的性質(zhì)。表1幾種Ⅳ族元素和SiC的物理參數(shù)名稱C(金剛石)SiGeSiC原予序數(shù)61432結(jié)構(gòu)金剛石閃鋅礦原子半徑fA)O．771．171．22品格常數(shù)(A)3．5675．43l5．6584．36禁帶寬度(eV)5
3、．481．12O．662．2電子親和勢(eVl1．884．004．05王亞東浙江大學碩士學位論文2001．4第二章鍺硅碳材料的研究進展§2．ISiI-x-yGe。Cy合金的應變補償作用共度生長的Sit．x．yGe。C。合金之所以引入注目的一個重要原因是合金中的C能夠補償Ge帶來的外延層的壓應變。1989年，F(xiàn)urokawa[21首先研究了C的這種應變補償作用。此后，美國的IBM公司、亞利桑那州立大學、加州圣克拉拉大學、日本曰立公司、德國法蘭克福半導體物理研究所等處許多人都從事著這方面的研究。其中K．Eberl、H．J．Osten和P．Warren等人的
4、工作具有一定的代表性。K．Eberl[a1研究了x=0．25的Sil．。．yGe。C，合金的應變補償效果。SiJ．x．rGe。Cv外延層是用MBE方法生長在Si(100)襯底上的，厚度為220～250nm。X．射線衍射實驗結(jié)果如圖2．1．1所示。各樣品C組分的增加，合金的晶格常數(shù)逐漸減小，外延層與襯底之間的晶格失配也隨之減小。可見，c有效地補償了Ge對合金晶格常數(shù)的影響。3ta●-一C3o‘)o最j；翳1Sil一_-yGe，Cya№y。x∞．25．y蝴．019'晰mI銻齟p，●’÷?。。廣、彳h一3000一2000一1000O60(arcsecl圖2．
5、I．I三種樣品的X射線搖擺曲線釅薩妒m，礦壚m(xù)，礦礦∞，王亞東浙江大學碩士學位論文2001．4H．J．Osten[4】等人用MBE生長了圖2．1．2所示結(jié)構(gòu)的樣品。他們首先在si(100)上生長60nm厚的Si緩沖層，然后生長50nm厚的Sil．。Ge。層和Sil。yGe。Cy層。這樣即保證了生長過程的連續(xù)性，又保證了兩外延層中Si和Ge的組分比例不變。他們制備了各種組分的樣品。其中兩個樣品的X射線實驗結(jié)果如圖2．1．3、圖2．1．4所示。對應Sil．xGe。層和Sil-x-yGe。C，層，1“樣品的四方畸變e從0．0141變到O．008，28樣品的e
6、從0．0075變到．0．004?？梢姡珻組分增加到一定程度，不但會完全消除合金中原有的壓應變，甚至會使合金處于二維張應變狀態(tài)。50nmSiGeC50nmSiGe60nmSi(緩沖層)Si(001)(襯底)圖2．1．2MBE生長的多層樣品結(jié)構(gòu)圖2．1．3l#樣品的X射線擺動曲線d·抽ws。c)圖2．1．42#樣品的X射線擺動曲線三堊奎塹蘭查堂璺主堂堡壘壅!塑!：!一一J．Mi和P．Warren等人也做了出色的工作。他們用快速加熱CVD(RTCVD)方法生長了80～100nm厚的Sil-x．yGe。Cy外延薄膜，并通過控制C源的氣體分壓制備了C組分在0-2
7、at％之間的一系列樣品。晶格的應變e隨SiCH6的氣體分壓RP的變化如圖2．1．5。以Ge組分為11at％樣品的曲線為例，RP從0增大到2．4％，￡則從0．8％逐漸變化到．0．35％。這一結(jié)果與}LJ．Osten等人的結(jié)果完全一致。i；毫毒圖2．1．5Siz。yGe。Cy合金的品格應變與砩的變化關系經(jīng)過反復的實驗驗證，人們總結(jié)出了Sil。yGe。C，合金的品格常數(shù)的變化規(guī)律，即Sil．x-yGexCy合金的晶格常數(shù)符合Vegard規(guī)律，其表達式為：qstr一16。#，=q—X—Y)as,+xnG。+ync因此，只要適當調(diào)節(jié)Ge／C的比例，就能使Sil-
8、x．yGe。C，合金的晶格常數(shù)與si襯底一致．解決晶格失配導致的問題。圖2．I．6是Sii-x
