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SiC衬底上SiCGe外延薄膜的岛状生长机理

作　者: 李连碧
导　师: 陈治明
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: SiC SiCGe 热壁CVD 异质外延
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

SiC由于禁带较宽，对可见光和近红外光都不敏感，其光电子学应用因而受到极大限制。在SiC上外延生长SiCGe薄膜，通过调节SiCGe中各组分的比例来调节SiCGe材料的禁带宽度，实现对近红外和可见光的较强吸收，进而开发碳化硅在光电子技术领域的新应用，具有很高的实用价值。本文介绍利用热壁化学气相沉积（HWCVD）法在SiC衬底上异质外延生长SiCGe合金薄膜的方法以及工艺条件对薄膜岛状生长特征的影响。主要结论如下：1．岛的形貌结构主要受控于生长温度。提高生长温度，薄膜表面自发形成的岛由金刚石型的球形结构转变为闪锌矿型的三角型层状堆叠结构；同时，也观察到SiCGe薄膜的生长遵循SK（Stranski-Krasannov）模式。在两种结构的岛的下方，近衬底处存在闪锌矿型二维（2D）生长层，其厚度取决于生长温度。在较高的生长温度下，2D生长层较厚，达到了40 nm，约为生长温度较低时的两倍。2．源气体对薄膜岛状特征的影响分为两方面来考虑。一方面，增大GeH₄流量，有利于生长尺寸大、密度高的岛。在GeH₄流量为10 SCCM时，得到了直径约30 nm、密度极高的纳米岛，且岛的排布也相当均匀而有规律：另一方面，降低C₃H₈流量，有利于生长粒径小、密度大、粒径均匀性好的样品。3．SiC衬底上SiCGe外延薄膜的岛状生长包括形核、成长和联并三个过程。对初始形核密度较低的生长条件，在初始形核岛联并之前的成长过程中，仍有可能发生新岛的形核。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 引言  9-15
  1.1 SiCGe薄膜概述  9-14
    1.1.1 SiCGe外延合金薄膜的生长方法  9-10
    1.1.2 Si上SiCGe外延薄膜  10-12
    1.1.3 SiC上SiCGe外延薄膜  12-14
  1.2 本论文的研究目的和内容  14-15
2 设备与工艺  15-22
  2.1 热壁CVD生长设备  15-19
    2.1.1 供气系统  15-16
    2.1.2 反应室及加热装置  16-18
    2.1.3 真空机组及真空检测系统  18
    2.1.4 水循环系统  18
    2.1.5 温度控制系统  18-19
    2.1.6 尾气处理系统  19
  2.2 SiC衬底上外延生长SiCGe薄膜的生长工艺  19-22
3 SiCGe薄膜的生长机理分析  22-31
  3.1 SiCGe薄膜CVD生长的动力学和热力学探讨  22-25
    3.1.1 SiCGe薄膜CVD生长的动力学  22-23
    3.1.2 SiCGe薄膜CVD生长的热力学  23-25
  3.2 薄膜的表面形核与生长  25-27
    3.2.1 形核与生长的概念  25
    3.2.2 影响形核与生长的因素  25-27
  3.3 异质外延薄膜生长三种模式  27-28
  3.4 SiCGe薄膜生长的基本物化过程  28-31
4 薄膜特性与生长机理  31-47
  4.1 SiCGe样品的岛状特征和生长温度的关系  31-41
    4.1.1 生长温度不同的SiCGe薄膜的SEM测试结果  31-32
    4.1.2 生长温度不同的SiCGe薄膜的TEM测试结果  32-37
    4.1.3 球形岛和三角型层状堆叠岛的机理分析  37-41
  4.2 SiCGe样品的岛状特征和源气体流量的关系  41-44
    4.2.1 SiCGe样品的岛状特征和GeH_4流量的关系  41-43
    4.2.2 SiCGe样品的岛状特征和C_3H_8流量的关系  43-44
  4.3 SiCGe样品的岛状特征和生长时间的关系  44-47
5 结束语  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-52
在校学习期间所发表的论文  52

SiC衬底上SiCGe外延薄膜的岛状生长机理

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