半导体材料ppt课件

,Semiconductormaterials,Lecturer:AiminLiu&WeifengLiu,1,半导体材料及器件工艺技术（三）,1离子镀成膜技术2分子束外延技术,2,离子成膜法,离子镀膜法是美国Sandia公司的D.M.Mattox于1963年首先提出来的，它是在真空条件下，靠直流电场引起放电，阳极兼作蒸发源，基片放在阴极上，在气体离子和蒸发物质的轰击下，将蒸发物质或其反应物镀在基电底上。由于使用离子轰击基片，可以获得附着性更好，膜的硬度更高，厚更厚的薄膜。,1-5kV,原子,离子,3,离子与基片表面的相互作用,1.离子轰击导致基片表面杂质吸附的脱附和溅射.可以用于基片清洗.2.离子轰击导致薄膜表层原子的混合,提高薄膜与基片的结合力.3.离子轰击导致表面扩散的增强,提高生长面的均匀性.,4,蒸发离子镀,离子镀是在真空条件下，利用气体放电使气体或被蒸发物部分离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物或反应物沉积在基片上。离子镀集气体辉光放电、等离子体技术、真空蒸发技术于一身，大大改善了薄膜的性能。优点是：1、兼有真空蒸发镀膜和溅射的优点；2、所镀薄膜与基片结合好；3、到达基片的沉积粒子绕射性好；4、可用于镀膜的材料广泛；5、沉积率高；6、镀膜前对镀件清洗工序简单且对环境无污染。,5,成膜原理,在离子镀的过程中，存在两种反的过程其一，淀积作用,：淀积速率（m/min）：薄膜密度g/cm3M：淀积物质的摩尔质量NA：质量阿佛伽德罗常数,其二，剥离作用,j：入射离子形成的电流密度（mA/cm2）,镀膜条件：nnj,6,溅射离子镀,7,离子镀制备的薄膜材料,8,9,10,11,MBE-SystemPhoto,12,13,14,15,16,17,18,19,20,分子束外延,分子束外延(MolecularBeamEpitaxy)=Epi+taxis外延技术是在单晶衬底上，在合适的条件下沿衬底原来的结晶轴向生成一层晶格结构完整的新的单晶层的制膜方法。外延包括化学外延方法（CVD），液相外延（LPD）及分子束外延由外延方法获得的新生长的单晶层叫外延层。若外延层与衬底材料在结构性质上相似，则称同质外延。若两材料在结构和性质上不同，则称为异质外延。分子束外延是在超高真空环境中，把一定比例的构成晶体的组分和掺杂原子（分子）的气态束流，直接喷射到温度适应的衬底上，进行晶体外延生长的制膜方法.,该方法是七十年代在真空蒸发镀膜的基础上发展起来的。是真空镀膜技术的改进与提高。其特点是生长速度很慢（1m/h）生长温度较低（500600C），结构厚度组分与掺杂分布可控制，可生长极薄的单晶薄膜层。在微波器件、光电器件、多层结构器件、纳米材料、纳米电子学等领域有广泛应用。在硅半导体器件中，用于制作双极器件及其他有特殊要求的CMOS、DRAM器件。,21,MBE原理在超高真空条件下（10-8Pa）,将组成化合物的各种元素（如Ga、As）和掺杂剂元素分别放入不同的喷射炉内加热，使它们的原子（或分子）以一定的热运动速度和比例喷射到加热的衬底表面上，与表面进行相互作用并进行晶体薄膜的外延生长。分子束向衬底喷射，当蒸气分子与衬底表面为几个原子间距时，由于受到表面力场的作用而被吸附到衬底表面，并能沿表面进一步迁移，然后在适当的位置上释放出潜热，形成晶核或嫁接到晶格点上。但是也有可能因其能量大而重新返回到气相中。因此，在一定的温度下，吸附与解吸处于动态平衡。粘附系数：常以粘附系数来表示被化学吸附的分子数与入射到表面的分子数的比例。晶格失配：利用MBE方法在晶格常数为a的衬底A上外延极薄的一层晶格常数a2的材料B，则a2会膨胀或收缩以求得A材料的晶体常数为a1匹配。如果外延厚度超过了一定的临界值，就会产生失配位错，应力被弛豫。,22,超高真空是指残余气体的总压力P1.3310-7Pa的真空。在这样的真空条件下，气体分子穿越空间的平均自由程L可表示为L=(1/nd2)（1.1）其中d为分子的直径，n为真空中气体分子的浓度，它与真空中的压力P和温度T的关系n=P/KT（1.2）K为玻耳兹曼常量(K=1.38110-23。即L=3.1110-24T/P（1.3）在分子束外延设备中，参与外延生长的各个分子束是从特殊的喷射炉中产生的，通常，从炉口到衬底表面的距离为0.2m但残余气体处于高真空的压力范围内时，从炉口喷出的分子、原子形成定向束，无碰撞地射向衬底表面，因此，超高真空环境是分子束外延技术的基础条件,23,