溅射沉积无定形硅薄膜的激光外延研究

用热处理方法对单晶硅上的无定形硅薄膜进行外延再生长,需要在超高真空和高温(≥1000℃)条件下才能实现.我们用激光外延可以使在10~(-6)托真空条件下溅射沉积的无定形硅薄膜,不需要衬底表面的溅射清洗和高温热分解,就能得到满意的外延层.激光外延给半导体工艺提供了一种有前途的新技术.     

In0.28Ga0.72As/GaAs量子点超晶格的生长

量子点(QD)正引起人们很大的兴趣,这是因为理论上指出它有很好的器件应用前景.和量子阱相比,量子点在三个方向都受到限制,从而具有一系列独特的性质,如声子瓶颈效应等等.目前,利用Stranski-Krostanow生长模式原位生长QD,已取得了很大的成功.在Stranski-Krostanow生长模式中,先是逐层的二维生长(即浸润层),当达到一定的临界厚度,为了容纳外延层和衬底间的应力,变为岛状生长.由于当外延层厚度进一步增加,位错和应变弛豫会从岛边产生.     

MgO/α-Al_2O_3单晶衬底上磁控溅射Pt外延薄膜微结构观测分析

采用射频磁控溅射方法在Mg O和α-Al_2O_3单晶基片上沉积制备Pt外延薄膜,研究了衬底晶格结构和沉积氛围对薄膜外延生长晶向和表面形貌的影响.实验研究表明,Pt薄膜外延生长晶向主要受衬底表面晶格结构的影响,沉积氛围主要影响薄膜表面形貌.X射线衍射分析证明了Pt(100)//Mg O(100),Pt(111)//Mg O(111),Pt(111)//α-Al_2O_3(0001)和Pt(111)//α-Al_2O_3(01 12)的晶面外延关系.扫描电子显微镜观测发现15%氧分压氛围沉积在Mg O(111)和α-Al_2O_3(01 12)衬底上的Pt(111)外延薄膜以三角形晶粒密排堆叠形成平整致密的膜面,但膜内存在旋转畴缺陷;而15%氧分压氛围沉积在Mg O(100)衬底上的Pt(100)外延薄膜无旋转畴缺陷,但薄膜表面出现大小不一的微孔.     

偏压对金刚石膜成核过程的影响

金刚石膜与天然金刚石类似,具有许多优异的特性,可广泛用于机械、光学和电子等领域.目前已用各种CVD技术制备出了可供实际应用的金刚石膜.这些技术遇到的一个主要问题是怎样提高成核密度和质量.特别是在异质衬底材料(如Si)上如何控制核化密度和貌相,从而达到异质外延生长金刚石膜.为了实现这一目的人们采取了各种方法和措施,如在沉积膜前对Si衬底进行划痕或在金刚石粉末溶液中进行超声波处理;用化学腐蚀或沉积非晶碳过渡层等.最近研究发现,对衬底加负偏压可大大提高成核密度.在微波等离子体CVD法中对衬底加负偏压后,在不经任何处理的抛光Si片上金刚石成核密度达10~(10)cm~(-2).并且利用此方法已成功地在Si衬底上实现了异质外延或织构生长金刚石膜.然而至今对热灯丝CVD法沉积金刚石膜中加负偏压增强成核密度研究的还不多.本文对热灯丝CVD负偏压法增强成核问题进行了实验研究,并对其结果进行了讨论.热灯丝CVD法沉积金刚石膜装置同文献[3]中的一样,衬底材料是Si(100),首先对硅衬底分别在丙酮和乙醇中分别进行超声处理,然后在50%HF溶液中腐蚀2min,去除天然氧化硅,接着用去离子水冲洗数次,最后用甲醇超声处理烘干后放入反应室中抽真空以备实验.沉积条件为衬底温度850℃,灯丝温度2000～2400℃,甲烷浓度(CH     

人们能够建成最强的激光吗?

"理论预言激光足够强时可以从真空中产生正负电子对,但没有人知道是否可以实现".本文回顾了从真空中产生正负电子对相关的理论发展,以及理论上要求的激光条件,和目前激光达到的条件:施温格推导出当准静电场达到量子电动力学关键场E_s=me~2c~3/e?=1.32×10~(16) V/cm(对应场强I_s=4.65×10~(29) W/cm~2)时,正负电子对可以从真空中产生;单束聚焦激光产生正负电子对阈值光强约为5×10~(27) W/cm~2;两束相向传输的激光同时聚焦到同一点,对应的单束光强阈值约为10~(26) W/cm~2.考虑到只要有一对正负电子产生,其在激光场作用下的级联过程将耗尽激光场能,使最高的激光场强不能高于约3×10~(26) W/cm~2.目前国际上最高激光功率是由钛蓝宝石激光经过多级啁啾脉冲放大获得,为5.13 PW,对应光强在10~(24) W/cm~2.国际上有几个大的激光项目,近几年目标是10~15 PW,远期目标百拍瓦到艾瓦.远期目标获得的光强可以产生正负电子对,但是能否实现仍然未知.     

化学气相沉积法在Cu-Ni合金衬底上生长多层六方氮化硼

六方氮化硼(h-BN)由于其原子级平整的表面和宽带隙性质使其成为众多二维半导体材料理想的绝缘衬底.通常情况下通过化学气相沉积法在金属表面生长的h-BN表现出明显的自限生长效应,仅得到单原子层的h-BN.采用单原子层的h-BN作为其他二维半导体材料的基底对其下方衬底表面悬挂键及电荷的屏蔽效果有限,多层h-BN可以提高屏蔽效果.本文通过化学气相沉积法,采用生长-刻蚀-再生长的方案在铜镍合金衬底上成功制备得到多层h-BN晶畴,刻蚀过程使铜镍合金重新漏出,显著提高了下一阶段生长过程中多层h-BN的外延生长速率,通过该方案得到三角形状的多层h-BN晶畴尺寸可达10~20mm.同时,使用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱、透射电子显微镜等一系列测试手段对多层h-BN表面形貌、化学成分及微观结构做了进一步表征.结果表明,h-BN中B 1s和N 1s的电子能谱峰值分别为190.4和397.8 e V,并且B和N两种元素的含量比为1.02:1;多层h-BN的拉曼光谱峰值位移在1365 cm~(-1),半高峰宽为18 cm~(-1);选区电子衍射结果说明,多层h-BN层间具有严格的AA′堆垛且每一层h-BN都具有相同的晶格取向.所有表征结果说明本文所得的多层h-BN单晶具有较好的晶体质量.     

激光等离子体的共振吸收对二次谐波的时间分辨谱及时间积分谱的影响

近年来对激光等离子体的共振吸收与二次谐波虽有不少报道,但均是作为单个现象看待,没有从相互影响进行研究。我们采用3～6J,100PSNd玻璃激光辐照平面铝靶,靶面功率密度～10~(15)w/cm~2。改变激光偏振及靶面入射角,用盒式卡计测得了靶     

2005年度诺贝尔奖获得者简介

物理学奖 美国科学家格劳伯(R.J.Glauber)凭借在光的相干性的量子理论方面的成就获得2005年度诺贝尔物理学奖的一半奖金;美国科学家霍尔(J.L.Hall)和德国科学家亨施(T.W.Hansch)因为对基于激光的精密光谱学发展做出了贡献,分享了另一半奖金.     

低温低氧压下激光法在金属基底上沉积高温超导薄膜的缓冲层钇稳定氧化锆

制备高临界电流J_c的高温超导线材与带材是高温超导走向强电应用的重要课题.与Bi系及T1系相比,YBa_2Cu_3O_(7-δ)(YBCO)的不可逆线低,在液氮温区仍有很强的钉扎力.YBa_2Cu_3O_(7-δ)已在单晶基片上生长出很高质量的薄膜,J.高达(5～6)×10~6A/cm~2.但是单晶基底对强电应用是不利的,为了使YBCO薄膜的优良性能应用于带材,必须把YBCO沉积到可弯曲并且便宜的金属基底上.为防止金属基底与YBCO之间的扩散反应,用钇稳定氧化锆(YSZ)做缓冲层.但是用这种薄膜沉积法得到的带材由于不是外延生长,J_c为 10~3～10~4A/cm~2.近来人们用离子束辅助沉积法(IBAD)在金属基底上得到具有平面内织构的YSZ缓冲层,并在其上外延生长出J_c达到 10~6A/cm~2的YBCO薄膜,这使得IBAD薄膜法成     

1.0eV GaAs基InAs量子点太阳能电池

三结InGaP/GaAs/Ge太阳能电池理论设计中加入带隙为1.0 eV的材料代替带隙为1.4 eV的GaAs中间电池有助于解决多结串联电池的电流阻塞效应实现电流匹配,然而带隙为1.0 eV的InGaAs和GaInNAs外延困难.我们利用分子束外延方法外延得到In0.15Ga0.85As量子阱,InAsdots-in-well量子点以调整太阳能电池带隙.X射线衍射谱中观察到了量子阱的多级卫星衍射峰,量子阱界面陡峭.扫描透射图显示量子点呈金字塔状,量子点的高度约为12 nm,底边长约为27 nm.由原子力显微镜图可知,量子点密度约为2×10~(10) cm~(-2).低温光致发光谱显示量子点在As4束流下呈双模分布.光电流响应谱显示InAsdots-in-well量子点太阳能电池吸收波长可以达到1300 nm,相应于带隙约为1.0 eV.器件J-V特性显示短路电流相比于GaA s标准p-i-n电池增加了37.8%.这表明该InAsdots-in-well量子点太阳能电池有望改善多结太阳能电池的设计中的电流阻塞效应,实现电流匹配,在多结太阳能电池的设计中具有广阔的应用前景.     

快速、无损的大面积石墨烯晶圆转移方法

<正>尽管石墨烯薄膜材料表现出优异的电学、光学等物理化学性质,但相较于石墨烯粉体材料,其商业化应用还远未成熟.基于化学气相沉积法,在金属衬底上生长石墨烯薄膜被认为是批量化制备大尺寸石墨烯薄膜的主流路线.其中,在平整的Cu(111)晶圆衬底上外延生长超平整石墨烯单晶晶圆薄膜,     

自组织生长纳米半导体量子点的研究进展

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性 ,正在成为量子功能器件研究中的一个热点领域 .作为纳米量子点的制备方法 ,自组织生长技术正在受到人们的普遍重视 .而如何实现具有尺寸与密度可控纳米量子点的自组织生长 ,更为材料物理学家所广泛关注 .因为这是由自组织方法形成的纳米量子点最终能否实现器件实用化的关键 .本文将以纳米量子点→自组织生长→形成机理→尺寸与密度可控为主线 ,简要介绍近 1 0年来纳米量子点自组织生长技术的研究进展 .     

GaAs/AlGaAs阶梯量子阱结构量子受限Stark效应的实验研究

半导体量子阱超晶格作为一种新型的人工剪裁结构受到人们的普遍重视.该结构的特点之一就是可以利用在外电场调制作用下光学性质的变化来实现其在光电子学方面的应用,量子受限Stark效应(Quantum confined stark effect,简称QCSE)就是一个例子,它是指在外加垂直电场的作用下,跃迁能级能量的变化,这种能量的变化称为Stark位移.其不仅存在于半导体量子阱的带间跃迁中,同时也存在于子带间跃迁中.在包络函数近似下,利用求解一维Schr(?)dinger方程,研究了GaAs/AlGaAs阶梯量子阱结构中的Stark位移,通过微扰理论计算指出在一定的结构设计下,Stark位移量可以达到方形量子阱结构的两倍.根据理论计算,考虑到生长条件的具体限制,在半绝缘GaAs衬底上外延生长了样品.1μm GaAs缓冲层之上是50 nm的AlAs剥离层,然后是300 nm的Al_(0.3)Ga_(0.7)As层,接下来为50周期的阶梯量子阱结构.每个结构单元由 2 nm的 GaAs,8 nm的Al_(0.15)Ga_(0.85)As和4 nm的Al_(0.3)Ga_(0.7)As构成.在阶梯量子阱结构之后是200 nm的 Al_(0.3)Ga_(0.7)AS和     

聚焦电子束诱导SiO_x纳米线表面碳沉积的分形生长

电子束诱导沉积技术已被证实可以实现各种材料的分形生长,但是目前尚未发现聚焦电子束辐照下低维纳米结构表面未受辐照位置的分形生长现象,造成了聚焦电子束诱导分形生长机理研究的空白与片面性.以透射电子显微镜中残留的有机气体分子为前驱体,室温下利用高能聚焦电子束辐照,研究了一维非晶SiOx纳米线表面未受辐照位置碳沉积的分形生长.利用高分辨透射电子显微镜对SiOx纳米线表面非晶碳的沉积过程进行原位观察,发现了SiOx纳米线表面未受辐照位置非晶碳的不均匀沉积及分形生长,并捕捉到了碳沉积分形生长过程的细节.同时对聚焦电子束诱导SiOx纳米线表面未受辐照位置非晶碳的不均匀沉积及分形生长机理进行了深入的探索.     

X射线衍射研究(001)MgO单晶上外延生长GdBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜的晶格相互关系

磁控溅射法在SrTiO_3单晶衬底上外延生长的YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜有很好的轴向晶格匹配。Zr(Y)O_2单晶衬底上YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜,由于膜和衬底的晶格常数失配较大,外延生长不是轴向晶格匹配,而是膜晶体绕c轴旋转45°后,实现与衬底的[110]方向晶格     

GaN基材料的低温外延技术

GaN基半导体材料的禁带宽度覆盖了整个可见光波段,且其具有优良的物理化学特性,因而被广泛应用于光电子器件、电力电子器件及射频微波器件的制备.传统的GaN基材料通常是利用金属有机物化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延等在蓝宝石、硅或碳化硅等耐高温的单晶衬底上外延生长得到.这些外延生长技术通常采用高温来裂解参与反应的前驱体.随着信息化和智能化的变革不断深入,催生出了对核心光(电)子器件的低成本和柔性化等共性需求.廉价且易于大面积制备的非晶衬底(玻璃、塑料、金属、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)等)是较为理想的选择,但非晶衬底的一个显著缺点是不能耐受较高的生长温度.由此催生出了GaN基材料低温外延的需求,即需要一类在低温下可以利用外电场能量裂解反应前驱体的外延设备.到目前为止,人们基于物理气相沉积和化学气相沉积的基本原理已经开发出了多种低温外延技术,取得了初步的研究结果.本文分别对这两类低温外延技术进行详细介绍,包括设备结构、工作条件和相关的外延生长结果,总结各类...     

四元合金 A_x~ⅢB_y~ⅢC_(1-x-y)~ⅢD~v 的有序结构

随着分子束外延(Molecular-beam epitaxy,MBE)、金属有机化学汽相沉积(Metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)和有机金属汽相外延(Organometallic vaporphase epitaxy,OMVPE)等生长技术的出现,大量新型半导体合金和超晶格材料被制成。近年来出现的Ⅲ-V族四元合金因其独特的性能引起了人们广泛的重视。它们作为光电器件的基础材料已得到越来越多的应用。例如,利用In_0.5(Al_xGa_(1-x))_0.5P合金的宽带隙和形成双异质结构的性能,可制成短波长激光器和发光二极管;用GaInAs/AlGaInAs制成量子阱激     

中红外自由电子激光辐照后牙釉质上的元素分布的变化

为了了解中红外自由电子激光辐照对牙釉质化学成分的影响, 在北京自由电子激光装置上对牙釉质进行了辐照. 用同步辐射X荧光和扫描电子显微镜分析了辐照和未辐照牙釉质的元素分布. 分析表明, 激光的波长在牙釉质红外吸收峰(9.65 μm)处, 辐照处形成椭圆小坑(熔结区), 并伴有显著的化学元素的丢失. 元素丢失的多少按以下顺序P＞Ca＞Sr. 扫描电子显微镜(SEM)测量验证了熔结区内元素的分布是不均匀的. 元素丢失的范围为600μm×200μm的椭圆. 预示着中红外自由电子激光是牙外科的一个潜在的优秀光源.     

分散液滴的尺寸对假二元微乳体系临界行为的影响

采用折射率法研究了具有不同分散液滴尺寸的假二元微乳液(水/二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)/正癸烷)的临界行为. 结果发现, 在近临界区域临界指数值与液滴尺寸无关, 均趋近于0.327, 符合3D-Ising普适类别; 临界温度随分散液滴尺寸的增加线性降低; 指前因子值随分散液滴的尺寸的增加线性增大.     

a-SiN:H薄膜的对靶溅射沉积及微结构特性研究

采用对靶磁控反应溅射技术以N₂和H₂为反应气体在硅(100)和石英衬底上制备了氢化非晶氮化硅(a-SiN:H)薄膜. 利用台阶仪、原子力显微镜、紫外-可见(UV-VIS)光吸收和傅里叶红外透射光谱(FTIR)对薄膜沉积速率、微观结构及键合特性进行了分析. 结果表明, 利用等离子反应溅射可在较低衬底温度条件下(T_s<250℃)实现低表面粗糙度和高光学透过率的a-SiN:H薄膜制备. 增加衬底温度可使薄膜厚度减小, 薄膜光学带隙Eg提高, 薄膜无序度减小. FTIR分析结果表明, 薄膜主要以Si-N, Si-H和N-H键合结构存在, 随衬底温度增加, 薄膜中的键合氢含量减小, 而整体键密度和Si-N键密度增加. 该微观结构和光学特性的调整可归因衬底温度升高所引起的衬底表面原子迁移率和反应速率的增加.