Si83Ge17／Si压应变衬底上HfO2栅介质薄膜的电学性能

本文用射频磁控溅射方法在p-si83Ge17／Si压应变衬底上沉积制备Hf02栅介质薄膜,研究其后退火处理前后的电学性能,并与相同条件沉积在无应变p-Si衬底上Hf02薄膜的电学性能进行对比研究．物性测试分析结果表明,沉积Hf02薄膜为单斜相（m-Hf02）多晶薄膜,薄膜介电常数的频率依赖性较小,1MHz时薄膜介电常数k约为23．8．在相同的优化制备条件下,沉积在si83Ge17／si衬底上的Hf02薄膜电学性能明显优于沉积在Si衬底上的薄膜样品：薄膜累积态电容增加;平带电压‰骤减至-0．06V;电容．电压滞后回线明显减小;-1V栅电压下漏电流密度,减小至2．51 x 10-5A·cm-2．实验对比结果表明Si83Ge17应变层能有效地抑制Hf02与si之间的界面反应,改善HfO2／Si界面性质,从而提高薄膜的电学性能．     

不同氛围溅射HfO_2栅介质薄膜的电学性能和界面微结构

本文研究了不同沉积氛围(纯Ar,Ar+O2和Ar+N2)中射频磁控溅射制备HfO2薄膜的介电性能和界面微结构.实验结果表明在纯Ar氛围室温制备的HfO2薄膜具有较好的电学性能(有效介电常数ε-r～17.7;平带电压～0.36 V;1 V栅电压下的漏电流密度～4.15×10-3 A cm-2).高分辨透射电子显微镜观测和X射线光电子能谱深度剖析表明,在非晶HfO2薄膜和Si衬底之间生成了非化学配比的HfSixOy和HfSix混合界面层.该界面层的出现降低了薄膜的有效介电常数,而界面层中的电荷捕获陷阱则导致薄膜电容-电压曲线出现顺时针的回线.     

作为高介电常数栅介质材料的LaErO_3薄膜热稳定性和电学性质的研究

采用脉冲激光淀积法在硅衬底上生长了LaErO3薄膜,用X射线衍射仪、X射线电子能谱仪、高分辨透射电子显微镜研究了该薄膜的热学和电学性质.通过电容-电压测量得到了较好的电容-电压曲线,计算得出等效SiO2厚度为1.4nm.通过高分辨电镜可以看出即使经过700℃30sN2中快速热退火处理LaErO3薄膜与硅衬底之间的反应层也仅有几个原子层的厚度.X射线电子能谱分析得到非常少量的SiO2在沉积的过程中形成.测量的热学和电学性质表明LaErO3薄膜是高介电常数栅介质材料非常有前途的候选材料.     

高介电栅介质ZrO2薄膜的物理电学性能

采用脉冲激光沉积方法在Si衬底上沉积了ZrO2栅介质薄膜,X射线衍射分析表明该薄膜经过450℃退火后低介电界面层得到抑制,仍然保持非晶状态;电学测试显示10 am厚ZrO2薄膜的等效厚度为3.15 nm,介电常数12.38,满足新型高介电栅介质的要求,在-1 V偏压下Al/ZrO2/Si/Al电容器的漏电流密度为1.1×10-4A/cm2.     

Si/SiO2/p-Si结构的电学特性

用射频磁控溅射法在p-Si衬底上制备了Si/SiO2薄膜,利用Au/(Si/SiO2)/p-Si结构的I-V特性曲线对其电学特性进行了分析。结果表明,样品具有很好的整流作用,起整流作用的势垒存在于(Si/SiO2)/p-Si界面附近。     

图形化Si基Ge薄膜热应变的有限元分析

利用有限元方法模拟了图形化Si衬底上外延Ge薄膜的热失配应变,研究了薄膜内部以及表面的应变分布情况,分析了应变与薄膜厚度、衬底尺寸的变化关系.结果表明,热失配应变在异质结构的界面处最大,沿外延层生长方向递减;在薄膜表面,中心区域应变最大,由中心到边缘逐渐减小,边缘发生突变,急剧减小;不同的膜厚下,薄膜表面应变分布规律相同,并且薄膜越厚,应变越小;图形衬底单元的尺寸对薄膜应变有较大的影响,当衬底厚度在6μm以内,宽度在10μm以内时,更有利于薄膜应变的释放.     

退火工艺对BST薄膜电学性能的影响

应用RF平面磁控溅射技术在Pt/SiO2/Si(100)衬底上沉积BST薄膜,研究了退火气氛与退火工艺对BST薄膜电学性能的影响。实验发现,退火有利于提高薄膜的结晶度,且薄膜的折射率、介电常数和漏电流特性等性能与薄膜的退火工艺密切相关,和N2气氛中退火的BST薄膜相比,O2气氛退火的BST薄膜具有较大的介电常数和较小的漏电流,可满足DRAMs器件应用的要求。     

磁控溅射生长AlN钝化层的研究

测得AlN和Si3N4介质钝化后的AlGaN/GaN异质结的高频C-V（电容-电压）曲线,由此计算钝化层与AlGaN势垒层界面电荷面密度,发现AlN钝化层与势垒层界面的电荷面密度较Si3N4更大,同时AlN钝化层薄膜含有的可移动离子数目更多.根据I-V（电流-电压）曲线讨论了用磁控溅射技术生长的AlN钝化薄膜质量,发现AlN薄膜绝缘性不够好,可能是在室温磁控溅射生长过程中从靶材溅射出的Al原子未能与N2充分反应,导致沉积的AlN薄膜不够致密,含有的电子隧穿通道多.因此可改善反应条件以提高AlN薄膜质量.     

自组装Ge/Si量子点的研究进展

回顾与总结了该实验室对自组装Ge/Si(001)量子点的近期研究进展.着重介绍了生长在Si(001)衬底上的Ge量子点的形貌演变过程;多层Ge量子点的结构分析;Ge量子点结构的光学电学性质的表征;以及提高Ge量子点尺寸和分布均匀性的各种方法.     

Au原子在Si（001）表面扩散的第一原理研究

本文用第一原理总能理论研究了金属Au在Si（001）面的吸附与扩散。计算表明,Au原子的稳定吸附住置处于顶层四个Si原子的中心,当Au原子处于其它位置时,体系能量较高,Au原子容易向稳定位置扩散。在热运动下,Au原子向衬底内部扩散需要克服较小的势垒,这可能是Au／Si（001）界面存在混合层的原因之一。     

锗/硅量子点形貌随退火温度的变化与电学特性研究

研究了锗(Ge)量子点薄膜表面形貌随退火温度的变化及其相应的电学特性。以锗烷为主要反应气体,应用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)在300℃温度、p-硅(100)基片上沉积了锗量子点薄膜,然后分别在400℃、500℃、600℃温度下退火。应用原子力显微镜(AFM)系统地观察了锗量子点薄膜的二维、三维图像,发现原位生长的锗量子点尺寸起伏大、薄膜表面比较粗糙。退火后,锗量子点分布趋于均匀,并且随退火温度的升高,量子点呈一定的取向排列,表面变得平整。通过电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)测试,发现锗量子点薄膜具有良好的电学特性。随退火温度的升高,电流、电容显著增大,漏电流减小,说明退火后,锗量子点薄膜晶界和粗糙度减小,使样品的表面、界面特性更好。     

本征晶格缺陷对BNT铁电薄膜光响应性能的影响简

用溶胶-凝胶法在YSZ/Si衬底上制备Bi3．15 Nd0．85 Ti3 O12（BNT）铁电薄膜,研究了退火气氛和退火温度对BNT薄膜的光响应性能的影响。对不同退火气氛和退火温度下的BNT薄膜进行微观结构和光响应性能表征。研究结果表明：随着退火气氛中氧含量的降低,光响应增大,BNT薄膜中氧空位起到了为光生载流子传输提供通道的作用;随着退火温度的降低,光开启电压和饱和光电导增大,BNT薄膜中高密度的晶界虽然阻碍了光生载流子的迁移,却有利于使光生载流子在晶界处及时分开。     

SiOx薄膜微结构的正电子谱学研究

实验中选择Si（N型,（100面）,3～5Ω·cm）作为薄膜样品的基底,利用射频溅射方法制备低介电常数非晶SiOx（x〈2）薄膜,并通过真空退火来改变其缺陷态．正电子湮没多普勒展宽能谱（DBS）测量在慢正电子束流装置上进行．正电子湮没结果显示随退火温度增加,SiOx薄膜中有纳米晶硅生成,使正电子的捕获缺陷减少,从而使S参数呈下降趋势．     

PZT薄膜的结晶特性及红外特性

采用电子柬蒸发方法在n—Si（100）衬底上制备Pb（ZrxTi1-x）O3（简记为PZT）多晶薄膜．用X射线衍射分析了PZT薄膜的结晶择优取向与Zr／Ti成分比、生长温度、退火气氛和退火温度的关系．结果表明不同Zr／Ti比的薄膜在真空中退火都形成（110）择优取向;而在空气中退火后薄膜的择优方向与Zr／Ti成分比有关,Zr／Ti比值小时为（101）择优取向,Zr／Ti大时为（100）择优取向．红外吸收光谱的测量结果表明（100）和（110）择优取向的PZT薄膜在长红外波段（8～12um）存在较强的吸收峰,而（101）择优取向的PZT薄膜在这一波段没有明显的吸收峰．     

氮气氛围下热处理的Na（0.5）Bi（0.5）TiO3薄膜的低温介电性能研究

采用溶胶凝胶法在LiNaO3（LNO）衬底上制备Na0.5Bi0.5TiO3（NBT）薄膜.部分NBT薄膜在氮气氛围下进行了热处理,记为NBT-N2.在100～400 K的温度范围内,测量了NBT-N2的介电性能.NBT-N2薄膜的介电频谱中出现了损耗峰,存在弛豫现象.利用Arrhenius公式拟合弛豫所对应的激活能,发现在NBT-N2薄膜中存在2个热激活过程：一个对应氧空位电离引入的极化子的跳跃跃迁;另一个对应导电电子与偏离氧八面体中心的Ti离子之间的耦合.此外,采用复阻抗谱分析了NBT-N2薄膜中的介电弛豫过程,在测试温度范围内,随着温度的升高,该弛豫过程逐渐趋向于理想的德拜模型.     

梯度组分BST薄膜的制备及其电学性能的研究

采用射频磁控溅射方法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备上、下梯度组分BST薄膜,研究在相同条件下沉积的上、下梯度组分BST薄膜的微结构及电学性能.实验表明:下梯度组分BST薄膜在测试频率为200 kHz时,介电常数为343.75,介电损耗为0.025;在250 kV/cm偏置电场下,介电调谐率为45.86%,与上梯度组分BST薄膜相近;但是下梯度组分薄膜的优值因子远大于上梯度组分薄膜的优值因子(7.81),达到18.34,说明下梯度组分BST薄膜是比较理想的介电调谐材料,用于微波调谐器件是可行的.     

不同退火条件对纳米Ge/Al2O3相嵌薄膜中纳米Ge颗粒的氧化态影响

采用脉冲激光沉积法制备了纳米Ge/Al2O3相嵌薄膜.用X射线光电子谱(XPS)研究了薄膜的热稳定性.结果表明纳米Ge颗粒的氧化态与已经发表的结果不同,而与Si的氧化态的结果相似.用纯高斯函数拟合可以得到Ge的四种不同的氧化态,分别为:Ge 1,Ge 2,Ge 3,Ge 4.这种大的差别来自纳米Ge颗粒的不同环境的影响.在真空退火条件下,由于缺少外部氧的供给和供给速度慢,很奇妙地,在薄膜表层的Ge 2,Ge 4氧化态不如其他氧化态和未氧化态(Ge0)稳定.而在清洁的大气环境退火条件下,外部氧的供给充分和供给速度快,在薄膜表层最稳定的氧化态是Ge 4.