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1、1,五、半导体材料的制备和表征,1、半导体材料的制备,2、半导体材料的表征,3、光谱技术,2,晶格失配包括三个方面内容：,1、结构类型失配；,2、晶格常数失配；,3、热膨胀系数失配。,3,晶格不匹配,4,应变,5,液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、化学束外延(CBE)、原子层外延(ALE)和热壁外延(HWE)、MBE、MO-MBE、P-MBE、L-MBE、MOCVD等。,优点和不足：生长条件、结构、生长工艺和生长机理 重点介绍MBE和MOCVD制备技术,外延生长技术,薄膜制备技术,普通薄膜制备技术,磁控溅射仪、电子束蒸发仪、热蒸发,6,磁控溅射仪,电子束蒸发仪,普通薄膜制备技术,7,五室
2、连动热蒸发,8,热蒸发,9,1、MBE,1、生长速率低和稳定，如GaAs的生长速率可达到1m/h，可精确控制外延层厚度；,超高真空(10-8-10-9Pa)，生长温度和蒸气压，生长单晶薄膜。,主要特点：,2、生长温度低（温度范围宽），可避免高温生长引起的杂质扩散，并能得到明确的界面杂质分布；,3、生长环境在超高真空，又使用纯度极高的元素材料，可得到高纯度和高性能的外延；,4、生长腔内的衬底及各个束源炉都有各自独立的阀门，适当地控制阀门，可随时中止和改变外延生长及掺杂条件，由此可得到陡峭的杂质分布。,外延生长技术,10,族元素的粘附系数是1，通常采用V/III流量比大于2.0。,11,12,13
3、,Molecular beam epitaxy(MBE)chamber,14,15,16,2、MOCVD,载气：氢气 等，有时也可用惰性气体和氮气,MO必须满足以下条件：,1、在常温下较稳定且容易处理；2、反应生成的副产物不应妨碍晶体生长，不应污染生长层；3、第三，为适应气相生长，在室温附近应具有适当的蒸气压(133.322pa)。,通常可选用金属的烷基或芳烃基衍生物、乙酰基化合物、羟基化合物等为原料。在生长III-V族化合物半导体薄膜时，采用金属有机物，例如三甲基镓、三甲基铝等和砷烷、磷烷等化合物气相混合。,17,MOCVD系统分为卧式和立式两种。加热方式有高频感应加热和辐射加热。根据反应室
4、的工作压力可以分为常压MOCVD(AP-MOCVD)和低压MOCVD(LP-MOCVD)。MOCVD系统主要包括气体处理系统、反应室、加热系统和尾气处理系统，其示意图如图5.8所示。,控温熔槽内,18,反应室是原材料在衬底上进行外延生长的地方，它对外延层厚度、组分的均匀性、异质结的结果及梯度、本底杂质浓度以及外延膜质量有极大影响。,一般对反应室的要求：1、不要形成气体湍流，而是层流状态；2、衬底本身不要有温度梯度；3、尽可能减少残留效应。通常反应室由石英玻璃制成，也有部分或全部由不锈钢制所的工业型反应器。,19,最常用的反应室有两种：垂直和水平反应室，如图5.9所示。垂直反应室的反应物是从顶部
5、引入，衬底平放在石墨基座的顶部，在入口处安装一个小偏转器，把气流散开。水平反应室是利用一个矩形的石墨基座，为了改善均匀性，把它倾斜放入气流，有时在前方放一个石英偏转器，以减少几何湍流。这两种反应室容纳衬底少，适于研究工作用。,除此以外，还有桶式反应室、高速旋转盘式反应室和扁平式旋转反应室，它们适用于多片批量生产，但较难控制厚度、组分和掺杂均匀性。,20,MO原大多数是易自燃及有毒的，因此反应室排出的尾气中含有大量有毒的危险物，在向大气排放前必须经过处理。常用的去掉毒气的方法有：利用物理吸附作用的活性炭过滤器，利用化学反应吸收毒气的干式湿式过滤器，以及通过热分解或燃烧使毒气转化为粉尘再过滤的方法
6、，也可将它们组合起来使用。,21,MOVD,22,23,MOCVD法的特点是：,1、可制成大面积均匀薄膜，是典型的容易产业化的技术；,2、纯净的材料生长技术。不使用液体容器及低温生长的气相反应，使得污染来源减到最少，而且有机源特有的提纯技术使得MOCVD技术比采用其它半导体材料技术生长的材料纯度提高了一个数量级；,3、低气压外延生长是MOCVD技术中很有特色的技术。低气压外延生长提高了生长薄层的控制精度，能减少自掺杂，能减少外延生长过程的存储效应和过渡效应，从而获得衬底外延层界面杂质分布更陡的外延层。,MOCVD的重要缺陷是缺乏实时原位监测生长过程的技术。,24,MBE与MOCVD的比较：界面：生长面积,
