（材料物理与化学专业论文）uhvcvd外延生长——薄硅及锗硅单晶薄膜.pdf

u h v c v d 外延生长薄琏及锗硅单晶薄膜 摘要 本文利用超高真空化学气相沉积( u h v c v d ) 技术，在低温生长环境 ( 5 0 0 6 6 0 。c ) 对薄硅外延及锗硅外延工艺进行了摸索。主要包括锗硅单层和多 层结构外延过程生长特性及表征，以及生长机理的研究。 使用实验室自行研制的u h v c v d - - l i 外延设备，在低温下( 5 0 0 6 5 0 。c ) 外延生长了大面积均匀的薄硅单晶外延片，系统研究了u h v c v d 系统硅外延的 生长速率曲线；并对外延片在高频领域的应用进行了初步探索。 成功的在5 0 0 6 6 0 范围内生长出高质量、宽范围( 0 1 2 7 x 0 5 6 ) 的锗 硅外延层，并对外延生长条件进行了优化。为在外延前获得洁净的初始表面，我 们对比分析了h 键饱和、g e h 4 清洗、原位热处理三种清洗方法在低温中的效果。 利用n o m a r s k i 显微镜、原子力显微镜、高分辨x 射线行亍射仪、拉曼光谱、二次 离子质谱及透射电镜对外延层的表面形貌、晶体质量、g e 成份、应变程度、界 面特性等进行了研究。并且对不同温度、g e 成份下生长模式与应变驰豫机理进 行了探讨。我们对比气体中g e 的比例与外延层中g e 的成份，发现薄膜中g e 含量随温度有略微波动，在高的硅烷锗烷气体比时，随温度略呈下降，在低气 体比时，随温度变化并不规则；并且固定气体比时，随着流量增大而略微下降。 同时研究了不同g e 含量时温度对生长速率的影响，在低温时( 5 1 09 c ) ，沉积速 率随g e 含量呈上升关系，但在较高温度时，生长速率先上升，然后又随着g e 含量增加而下降。通过生长温度与反应气体流量的调整，我们总结了锗硅外延的 优化生长条件。 同时我们对成份渐变缓冲层和多层结构也进行了研究。在该生长温度下生 长厚度已经超过它的二维生长临界厚度情况下，能够生长出周期性好、界面平整 度高的多层结构，有效避免了三维岛状生长模式界面的原子互扩散。 塑兰查兰丝燮墼 望坚兰竺堡竺笙兰墨：蔓壁垄堕堡兰璺翌堕 a b s t r a c t t h i st h e s i sw o r km a i n l yi n v o l v e st h ed e p o s i t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no f u n d o p e d s i l x g e xs i n g l e - l a y e ra n dm u l t i l a y e rs t r u c t u r ea sw e l la st h es t u d i e so f s i l x g e xg r o v c h k i n e t i c s t h ed e p o s i t i o no fs i l i c o na n df a b r i c a t i o no fs b di sa l s oi n c l u d e di nt h e a r t i c l e ap r o c e d u r eh a sb e e nd e v e l o p e da n do p t i m i z e df o rt h ed e p o s i t i o no f h i g hq u a l i t y h e t e r o e p i t a x i a ls i l x g e xl a y e r sa tt e m p e r a t u r e sf r o m5 0 0t o6 6 0 。cu s i n gu l t r a h i g h v a c u u mc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n ( u h v c v d ) r e a c t o rw i t hs i l a n ea n dg e r m a n ea s s o u r c eg a s e s t h r e ed i f f e r e n tc l e a n i n gm e t h o dw e r ee x a m i n e dd u r i n gt h es i j - x g 氐 d e p o s i t i o np r o c e s s t h es u r f a c em o r p h o l o g y , c r y s t a l l i n ep e r f e c t i o n ，g ec o n t e n ta n d s t r e s so ft h ed e p o s i t e df i l m sw e r ec h a r a c t e r i z e db yn o m a r s k im i c r o s c o p y , a t o m i c f o r c e m i c r o s c o p y , h i g h r e s o l u t i o n x r a yd i f f r a c t o m e t r y ，r a m a ns c a t t e r i n g s p e c t r o s c o p y , s e c o n d a r yi o nm a s ss p e c t r o m e t r ya n dt e m t h es t r a i nr e l a x a t i o n m e c h a n i s mw e r es t u d i e dw i t ht e m p e r a t u r ea n dg e r r n a n i u md e p e n d e n c i e so fs i i x g e x g r o w t hm o d e s i tw a sd e m o n s t r a t e dt h a th i g hq u a l i t yl a y e r so fs i t x g e xs i n g l el a y e r s w i t hg e r m a n i u mc o n t e n t so f o 5 6c o u l db e g r o w n0 1 2s i l i c o ns u b s t r a t e sa t t e m p e r a t u r e s5 0 0 6 6 0 9 c ， as u b l i n e a rr e l a t i o n s h i pw a so b s e r v e db e t w e e ng e r m a n i u mi n c o r p o r a t i o na n d g e r m a n ef r a c t i o n t h ea m o u n to fi n c o r p o r a t e dg e r m a n i u ms l i g h t l yi n c r e a s e sw i t h i n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e ，b u td e c r e a s e sb yr a i s i n gt h ef l o wr a t e so fs o u r c eg a s e s t h e s i l - x g e xd e p o s i t i o nr a t em e a s u r e di nt h et e m p e r a t u r er a n g ef r o m5 0 0 6 6 0 。ce x h i b i t s d i f f e r e n td e p e n d e n c i e so ng e r m a n i u mc o n t e n ta td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s t h eg r o w t h r a t e i n c r e a s e s m o n o t o n i c a l l y w i t hg e r m a n i u ma t5 1 0 * c ，b u ta t h i g h e r t e m p e r a t u r e s t h e r a t ed e c r e a s e st oac e r t a i nr a t ew i t hh i g h e rg e r m a n i u m t h ea c t i v a t i o ne n e r g yi n s i i - x g e xd e p o s i t i o n r a t ew a sf o u n dt od e c r e a s eb yt h ea d d i t i o n o fg e r m a n i u m ， s u g g e s t i n gt h a t t h er a t e l i m i t i n g s t e p w a sm o d i f i e db yg e r m a n i u m ，b yv a f i n g t e m p e r a t u r ea n dg a sf l o wr a t e s ，w ec a np r o p o s et h eo p t i m i z e dp r o c e s sw i n d o wt ot h e s i l - x g e xd e p o s i t i o n 2 浙江人学坝1 学位论义 u h v c v d 外延生氏薄硅及锗硅单晶薄膜 t h eg r a d e d l a y e r sa n dm u l t i l a y e r so fs i l x g e xa r ea l s oi n v e s t i g a t e d g o o d q u a l i t ym u l t i - l a y e r e ds i l 。g e s t r u c t u r ew e r ed e p o s i t i e du s i n gu h v c v d - i i 浙江 学坝 j 学位论文 u h v c v d 外延生长薄硅及错硅单晶薄膜 第一章前言 尽管很多元素和金属化合物都呈现出半导体的性质，硅仍然是迄今为止电子 产业中最为重要、最为成功的半导体材料，超大规模集成电路( v l s i ) 产业基 本是建立在硅技术上。硅的主导地位可以归于一系列的因素：硅是地球上丰度仅 次于氧的第二大元素：可以被提炼到非常高的纯度，并能得到近乎完美的晶体： 硅的氧化物为平面处理工艺提供了绝佳的性质，并且硅有着独特的刻蚀特性和很 好的机械性能。但是，从电学性质而言，硅并不是一个理想的选择。例如，硅只 具有普通的高电场击穿特性、自由载流子迁移率以及载流子饱和速度，并且硅的 少数载流子的长寿命受到间接能带的影响而下降。因此，硅基器件及微电子产品 难以实现在光电领域的应用。 既然现代集成电路中如此广泛的采用硅基技术，如果我们能够把硅材料与其 它有着独特性质的半导体材料结合起来，我们可以得到纯硅器件难以实现的性 质，从而为快速增长的庞大集成电路市场提供新的选择，进一步促进它的发展。 在实际中，很难单独从硅工艺出发来设计一些新的结构，例如应变超晶格和量子 阱结构，所以挑战之处在于是否能在硅衬底上生长得到新材料的外延层。这些研 究实际上开启了基础研究及器件应用的一个令人激动的领域：硅基外延生长。 经过多年的研究及外延技术的发展，人们终于发现可以利用同为族的锗元 素，在硅衬底上生长锗硅应变层，并在其上制成异质结器件。通过与硅技术相结 合，锗硅材料可以利用电子产业的技术经验及设备投资，同时得到可与化合物半 导体相比拟的高速、高增益异质结器件，以及可能形成准直接能带器件以实现硅 基器件在光学方面的应用。 超高真空化学气相沉积( u h v c v d ) 不仅具有分子束外延( m b e ) 对薄膜 平整度、掺杂分布及层厚的原子级控制的优点，并且克服了m b e 低产量的困难 与复杂性，进行批量生产来弥补低温外延较小生长速率的缺点。u h v c v d 将是 一种合适的制造技术，它在s i g e 领域的应用将会促进超高速数字与超高频模拟 电路应用中百万晶体管s i g e 集成电路芯片的单片集成。 本论文使用实验室自行研制开发的u h v c v d i i 系统研究s i g e 材料的外延 生长，探索应变层s i g e 及超晶格的生长条件及生长特性。在本文的第二章介绍 浙江大学硕士学位论文u h v c v d 外延生长薄硅及锗硅单品薄膜 了s i g e 材料的结构特性、能带结构和能带排列，也介绍了s i g e 器件在h b t 、 m o d f e t 及光电子方面的应用。第三章中主要叙述了主要应用于锗硅的薄膜生 长技术，并对它们的生长特性进行了比较。第四章中介绍了u h v c v d i i 系统 结构及操作步骤。后面第五、六、七章是实验部分，对硅及锗硅外延的生长特性 的研究进行了描述。在第八章总结了实验所取得的进展。 浙江人学坝1 学位论义u h v c v d 外延生长薄硅及锗硅单品薄膜 第二章s i g e 半导体薄膜材料的特性及应用 硅基s i g e 异质结及其超晶格量子结构材料是近年来兴起的新型半导体材 料，它们具有许多独特的物理性质和重要的技术应用价值，而且与现在十分成熟 的硅平面工艺相兼容，受到了人们的高度重视，被认为是九十年代新型微电子、 光电子材料，是“第二代硅”材料。它使硅材料进入人工设计微结构材料时代， 硅器件进入到“异质结构”、“能带工程”时代。其工作速度扩展到毫米波、超快 速领域，光学波段进入到光纤通讯和远红外探测波段，在微电子和光电子方面都 有许多应用。因此硅基微电子与光电子器件研究便成了世界范围的热门课题。 2 1s i g e 半导体材料的结构特性 图2 1 是族半导体及其合金的带隙宽度同晶格常数的关系口】。图中包括部 分i 一族半导体材料的带隙与晶格常数。 图2 - 1i v 族半导体及其合金的带隙宽度同晶格常数的关系 s i 、g e 及其合金均为金刚石结构，其空间群为f d 3 m 。s i 、g e 在2 54 c t 晶格常数分别是o 5 4 3 1 r i m 、o 5 6 5 8 n m 。 根据v e g a r d 法则， s i l _ x g e 。合金的晶格常数为： d s i g e ( x ) = t s i ( 1 一x ) + t c ：。x = 0 5 4 3 1 + 0 0 2 2 6 5 x ( 2 1 ) 浙江入学填 学位论史 u h v t c v d 外延生睦薄硅及锗硅单晶薄膜 然而，s h g e x 合金的品格常数并不遵循常用的v e g a r d 法则。实验测定推算 出来的s h g e 。合金的晶格常数同组分x 值的关系为p 】： d 纛g ) = 0 5 4 3 t + 0 0 1 9 9 2 x + 0 , 0 0 2 7 33 x 2 ( 2 2 ) 由于s i x g e 。同s i 之间的晶格失配，外延层中会出现应力。无论x 值多大， 外延层将受到双轴压缩应力。应变层内的应变能量随着厚度的增大而增加，当厚 度达到某一定值时，应变能将会通过晶格失配而释放出来，从而产生失配位错。 为了保证应变层没有失配位错，外延层必须小于某一临界厚度。外延层厚度达到 临界厚度时，应变能等于位错能。利用这条件，得到临界厚度h 。为【4 1 ： 趣= 7 1 。玎。，b + ， i n ( 鲁 十， c ：s ， 式中f 为晶格失配系数，b 为滑移距离，y 为泊松比。 2 2s i g e 半导体材料的能带结构 s h g e 。合金的带隙为间接带隙，其体材料( 即无应变的合金) 的带隙( e v ) 为【5 1 ： e ? = 1 1 5 5 一o 4 3 x + 0 0 2 0 6 x 2 0 x 0 8 5 ( 2 4 ) e ，l = 2 0 1 0 1 2 7 x o 8 5 x 1 ( 2 5 ) 4 2 k 下，s i 的& 为1 1 5 5 e v ，g e 为0 7 4 0 e v 。室温f ，g e 的能隙为o 6 7 e v ， s i 为1 1 7e v 。g e 的导带底位丁- 布里渊区的l 点，s i 的导带底在点，它们的价带顶都在 f 点( k = 0 1 。当g e 组分x 小于o 8 5 时，s i h g 矗台金材料的导带为类s i 结构，极小值位于 x 点；g e 组分，大于0 8 5 时，导带为类g e 结构。极小值在l 点。在x = 0 8 5 附近有一交 叉点，锗硅合金的带隙出类硅的到带极小值过渡到类锗的导带极小值。在 0 x k t ，所以s i l x g e x h b t 的 电流放大系数大于s ib j t ，而它的基区渡越时间却小于s ib j t 。 若用一个对称双异质结构的h b t 可以制成发射结和集电结对称的h b t ，这 种h b t 在正常工作模式和倒置工作模式时有相同的高电流增益，这为集成电路 的设计带来了极大的方便。 美国i b m 公司利用u h v c v d 法生长的s i o e 材料研制成功的h b t 器件， 其截止频率己达到2 8 5 g h z ”1 ，这是至今为止报导的s i g e 器件的最高工作频率， 并且很可能在近期内达到3 5 0 g h z 【】，这将超过i i i v 族的最高截止频率。 b j t 不能在低温下工作，其原因是：高掺杂发射区和基区在低温时正向隧道 电流增大，温度从3 0 0 k 降到8 0 k 时电流放大系数下降2 3 个数量级；由于基 区载流子的冻出效应( f r e e z e o u t ) 基区的电阻率突然增加；由于载流子被陷获， 也增加了载流子在基区的过渡时间；低温时发射区电荷减少，基区电子迁移率下 降以及高集电极电阻使总的渡越时间增加。 浙扛大学硕士学位论史 u h v c v d 外延生长薄硅艘锗硅单品薄膜 对s i g eh b t 来讲，提高基区的掺杂浓度，从而降低本征基区电阻，提高 v c e ，减小载流子的冷凝效应，可以提高低温0 工作性能。h b t 采用一个宽度小 于6 0n m 、掺杂峰值浓度超过1 1 0 2 0 c m 3 的基区，使低温时基区载流子的冻出 效应减弱，提高了低温0 。s i 】- x g e 。h b t “1 采用了g e 组分缓变的合金基区，提 高了电流增益和降低基区传输时间。在发射区基区结之间还可增加一个间隔层 ( s p a c e r ) 减弱基区发射区正向隧道穿透及降低发射结电容。在8 5k 时h b t 的 b 。比3 0 0 k 时增加了4 0 ， ft 增大2 5 ，这表明s i l - x g e 。h b t 具有本征的 低温特性。 2 4 2s i g e 材料在m o d f e t 方面的应用 s i s i g e 异质结构系统能首次提供匹配的p 型和n 型器件对，从而在c m o s f e t 中有很大的发展前途。我们知道电离杂质中心的散射是降低材料迁移率的一 个主要原因，一般材料中杂质和载流子在空间上是重合的，这样，杂质散射的影 响就很大。调制掺杂就是利用异质结的有利条件把杂质与载流子( 旌主与空穴， 受主和空穴) 在空间上分开，从而使载流子保持在未掺杂材料中的输运性质，避 免了杂质散射的影响，提高了迁移率。 所谓调制掺杂是指：是指在异质结构中，在其中一层掺杂，一层不掺杂，由 于其能带结构，使自由电子或空穴限制在其中不掺杂的一层，由于该层电离杂质 中心很少，电离杂质中心的散射作用很小，会在该层形成迁移率很高的二维自由 电子气或二维自由空穴气。对于s i s i g e 调制掺杂结构的两种能带结构图见图2 - 5 和2 6 。 m o d f e t 有两种结构，即电子和空穴量子阱的m o d f e t ，也即是1 1 沟和p 沟的m o d f e t 。它们是根据s i g e s i 的能带与带边移位的特点而设计的。p 沟 m o d f e t 是在p s i ( 1 0 0 ) 衬底上生长p 型s i g e 应变层，再生长p - s i 以拼成 s i s i o e s ip - m o d f e t 型调制掺杂量子阱结构。图2 - 5 是p 沟的调制掺杂场效应 晶体管的能带结构。 撑r 扛凡掌坝l 学位论义 u h v c v d 外延生长薄硅发锗硅单晶薄膜 图2 - 5p 型m o d f e t 能带结构示意图 在s i 的衬底上，共度生长一层含压缩应力的s i g e 应变层时，异质结处的禁 带宽度差9 0 以上是出现在价带上，这一差别比较容易形成空穴的势阱。1 9 8 6 年美国a t & tb e l ll a b 的工p p e a r s a l l 等2 人报道研制了这种在s i 基上生长的 含锗沟道的p 沟m o d q w 结构。 s js i g e sj o ei s is i g e e f 图2 - 6n 型m o d f e t 能带结构示意图 利用组分渐变s i g e 缓冲层还可以生长高g e 含量的s i g e 材料( 直到1 0 0 ) 从而允许生长含有g e 沟道的n 型量子阱结构。当然，随着锗含量的提高，晶格 失配增大，就使生长条件更为苛刻。但利用组分渐变的低温生长可以解决这些问 题。 导带、价带都允许出现偏移，就能利用调制掺杂来提高电子和空穴的迁移率。 s i s i g e 和s i s i s i g em o d q w 结构的高迁移率使它们在高速器件应用中具有很 大的潜力。施主杂质放在距异质结较近的g e o3 s i o 中，由于在电子在硅中能量较 低，电子转移到i - s i 沟道中，从而提高了电子迁移率a 但直到1 9 8 8 年，德国a e g 公司的hd a m l k e s 等口6 1 人报道，第一个研制出了耗尽型n 沟m o d f e t 。 浙江人学f i ! ；! i 学位论义 u h v c v d 外延生长薄硅及锗硅单晶薄膜 前面我们提到，一般在硅衬底上生长的应变s i s i g e 材料，能带偏移基本上 都发生在价带上，因此，要制造n 型m o d q w ，必须使s i 和s i g e 之间的导带发 生偏移。如果衬底片硅层也发生应变，则导带会也出现能带偏移。为了在硅中引 入应变，必须在衬底硅和g e 。s h 应变层中生长一个缓冲层，而生长g e 。s i l 。是 个关键。刚开始生长缓冲层时都是采用恒定组分的缓冲层，而且厚度往往超出临 界值，导致失配位错密度很高。这样，虽然能生长第二类组分超晶格并且由于调 制掺杂引起电子迁移率增加，但是其低温性能难有很大的提高。随后一个重要的 突破是生长锗的组分线性渐变缓冲层，由于晶格失配是逐渐增加的，这样失配位 错生长在组分渐变区内，甚至可以深入到衬底内，丽不是象恒定组分缓冲层那样 集中在s i s i g e 界面中，同时提高生长温度，从而降低了线缺陷密度，大大提高 了缓冲层的质量。 随着缓冲层质量的提高，低温迁移率迅速提高。现在r l 沟m o d f e t 的跨导 在3 0 0 k 和7 7 k 分别高达3 4 0 和6 7 0 m s m m ，在3 0 0 k 和7 7 k ，含锗p 沟m o d f e t 的跨导分别达1 2 5 和2 9 0 m s m m 。这是很有发展前途的。s i s i g e 材料可望在 c m o s f e t 中获得应用，这种器件需要p 型器件和n 型器件的性能相匹配。在已 建立的材料系统中，如i i i v 族半导体材料中，由于p 型器件的性能比n 型的低 得多，不能在c m o s f e t 中获得应用。而在s i s i g e s i 材料系统中，由于在s i 中的电子和g e 中的空穴具有一致的迁移率，从而首次提供了这种器件对。因此 缓冲层不仅可以提高外延层晶体质量，而且可以提供电子势阱，研究缓冲层具有 重要意义。 2 4 3s i g e s i 在光电子方面的应用 硅材料由于其能带性质( 间接跃迁) 决定了它不能用来制造发光器件，而只 能用来制造短波长的光电探测器。所以长期以来，大量的光电子一微电子集成方 面的研究工作都集中在g a a s ，i n p ，i n s b ，h g c d t e 等材料上。与此同时，各国 研究人员也注视着新的光电材料的发展。s i g e 材料具有载流子迁移率高，能带 可调，禁带宽度可容易地通过改变g e 组分加以精确调节等许多独特的物理性 质而具有重要的应用价值。而且s i g e 材料在制造技术上与目前较成熟的硅平面 工艺相容。s i g e 材料探测器方面的研究也引入瞩目，主要研究工作有工作波长 为1 3 1 5 i t m 的s i g e s i 超晶格探测器和工作波长为8 1 2 1 a m 的s i g e s i 异质结长 浙江人学坝【学位论义 u h v c v d 外延生长薄硅及锗硅单晶薄膜 波长红外探测器l w i r s ( l o n gw a v e l e n t hi n f r a r e dd e t e c t o r s ) 。 从五十年代开始，就一直有人研究s i g e 合金材料的性质。研究发现，其能 带宽度随锗的含量连续可调。例如在硅( 1 0 0 ) 砸上的s i l - x g e 。应变层有： e g ( x ) 2 1 1 2 0 3 4 x ( e v )( 2 1 3 ) 对于s i g e s i 应变超晶格材料由于有应力存在，其能带宽度可以降得更低。由于 能带的降低，使s i g e 材料的光吸收波长提高到了适于光通讯用的1 3 1 5 p m 的 波长范围。 - r p e a r s a l l i 1 是在，硅衬底和缓冲层上用m b e 生长s i l 。g e 。s i 光波导型超 晶格，再生长口，s i 雪崩区，n + 一s ，利用反向偏置p - n 结形成雪崩。器件解理后 用光纤耦合，1 3 u m 雪崩增益为1 0 。 l w i r s 的工作波长是8 1 2 9 m ，甚至更长。制备l w i r s 的材料主要有i n s b ， h g c d t e ，g a a s g a a i a s 多量子阱( m q w ) 材料和金属硅化物硅肖特基势垒结构如 p d s i s i ，p t s i s i 等。用h g c d t e 材料做的l w i r s 的探测率高，性能方面有较大 的优势，但其材料制备困难，成本高，均匀性差。随着m b e 技术的发展， o a a s g a a l a sm q w 材料的性能有显著提高，但未能达到与相关电路集成的水 平。长期以来研究人员一直在探索一种能集成大容量象元、可与有关电路单片集 成、成品率高、均匀性好、探测率尽可能高的材料、结构和技术。金属硅化物 硅肖特基势垒的l w i r d 是其中较好的一种，但其探测率和量子效率较低。s i g e s i 异质结成为人们期待的符合上述要求的一种材料。 s i g e s i 异质结结构用来制备红外探测器，主要是利用异质结内光激发空穴 发射和子带间吸收的原理。在1 9 9 0 年由l i ne t a l 1 8 1 在s i g e s i 探测器中实现。图 2 7 是s i g e s i 异质结的能带图。它利用高掺杂简并的p + 一s i g e 层作发射区，掺 杂浓度高达1 0 2 0 c m 3 ，x = 0 6 ，厚度为1 0 0 0 a 左右，p s i 衬底作收集区。红外波段 的光子在p s i o e 区内被吸收后在价带内发射出空穴，空穴在外加电场的作用下 越过异质结势垒进入p 型衬底形成光电流。 其截止波长由有效势垒决定。 九f 1 2 4 q q b b ( e v ) ( 2 1 4 ) q o b = ae v - - ( e v e f )( 2 1 5 ) 其中九。为截止波长，瓯为异质结势垒高度。异质结的价带偏移和费米能 塑兰垄! ! 型! 竺些丝兰 ! 璺! 竺! ! ! ! 里兰堡：堡壁垒堡壁望墨鲞堡 级分别由g e 含量和掺杂浓度确定，由此截止波长可在( 3 3 0 m ) 大范围内调节， l 珐盱 s i g e s i 具有红外探测能力。1 9 9 1 年b yt s a u r 1 9 】制造了集成c c d 。初期的工作 ( 2 ) 利用多个s i g e 层。虽然存在制造的困难，但第二种方法仍有明显的 参考文献： 1 】r p e o p l e ，i e e ej q u a n t u me l e c tr o n ，1 9 8 6 ，q e 2 2 ：16 9 6 2 】r a s o r e f ，p r i c e e d i n go fi e e e ，19 93 ，8 1 ( 1 2 ) ：16 87 【3 h ，j h e r z o g ，p r o p e r t i e so fs t r a i n e da n dr e l a x e ds i l i c o ng e r m a n i u m ， e d it e db ye k a s p e r ，i n s p b cp r e ss ，1 9 9 5 ，p 4 9 【4 】j j m a t t e w s ，j c r y s t a lg r o w t h ，1 9 7 4 ，27 ：1 18 【5 t f r o m h e r z ，e ta 1 ，p r o p e r t i e so fs tr a i n e da n dr e l a x e ds i l i c o n g e r m a n i u m e d i t e db ye k a s p e r ，i n s p e cp r e ss ，1 9 9 5 ，p 8 7 93 6 】c g v a nd ew a l l ea n dr m m a r t i n ，p h y s r e v ，19 8 6 ，b 3 4 ：5 6 2 1 - 【7 】r o b b i n sdj ，c a n h a mlt ，b a r n e t tsl j , a p p l p h y s ，1 9 9 2 ，7 1 ：1 4 0 7 8 】d u t a r t r ed ，b r e m o n dgs o u i f ia p h y sr e v , 19 9 1 ，b 4 4 ：1 15 2 5 1 9 浙江大学硕士学位论文u h v c v d 外延生长薄硅披锗辟单晶薄膜 【9 v a nd ew a l l ecg ，m ar t i nrm p h y sr e v ，1 9 86 ，b 3 4 ：56 2 1 10 】p e e p l er ，b e a njc ，a p p lp h y sl e t t ， 19 8 6 ，48 ：5 3 8 【1 1 s c h r e i b e rhu ，b o s c hbg ，k a s p ere ，e ta 1 e l e c t t o n i c sl e t t ， 19 8 9 25 ：18 5 i2 b j a g a n n a t h a n ，m k h a t e r ，f p a g e t t e ，e ta 1 ，“s e l f - a l i g n e ds i g e n p ntr a n s is t o tsw i t h2 85g h zf m a xa n d2 0 76 h zf ti nam a n u f a c t u r a b l e t e c h n o l o g y ”，i e e ee 1 e c t r o nd e v i c el e t t e rs ，v 0 1 23 ，n o 5 ，m a y2 0 0 2 13 g r e gf r e e m a n ，j a e s u n gr i e h ，b a s a n t hj a g a n n a t h a n ，e ta 1 ，”s i g eh b t p e r f o r m a n c ea n dr e ii a b i i i t ytr e n d st h r o u g hf to f3 5o g b z ”，i e e e ，2 0 0 3 【1 4 】n h e r b o ts ，p y a ，h j a c e o b ss or l ，e ta 1 ，a p p l p h y s l e t t 19 9 6 ，6 8 ：782 15 t p p e a r s a l le ta 1 ，i e e ee l e c tr o nd e v i c el e t t e rs ，19 8 6 ，7 ( 5 ) ：3 0 8 【16 】h d a m b k e se ta 1 ，i e e et r a n s o ne l e c t o nd e v i c e s ，1 98 6 ，33 ：63 3 【17 t p p e a r s a l le ta 1 ，i e e ee l e c t r o nd e v i c el e t t ，198 6 ，e d l 一7 ( 5 ) ：3 3 0 ( 18 】t l l i ne ta 1 ，a p p l p h y s l e t t ，199 0 ，57 ( 1 4 ) ：1 4 2 2 【1 9 b o r y e ut s a u r ，c k c h e n ，a n ds a m a r i n n ，i e e ee 1 e c t r o nd e v i c el e t t ， 19 9 1 1 2 ( 6 ) ：2 93 葛彳江人学嫂i j 学位论文 u h v c v d 外延生长薄硅及锗硅革晶薄膜 第三章锗硅半导体薄膜生长技术 对于薄硅外延和“器件质量”异质结构材料的外延生长，对材料的生长技术 有很高的要求，即： ( 1 ) 低温外延。以扼制三维岛状生长和应变驰豫及界面的互扩散。 ( 2 ) 低生长速率，实现原子级外延。 ( 3 ) 原位掺杂，获得特定的杂质分布。 先进的材料需要先进的生长技术，对于硅基组半导体材料，目前主要生长 手段有分子柬外延和化学气相淀积。 3 1 分子束外延 分子束外延( m o l e c u l o rb e a me p i t a x y ) 是1 9 7 0 年提出的吧其原理十分简单， 具有生长半导体器件级质量薄膜的能力。在m b e 中通过源分子的热蒸发或电子 束激发得到所需要的粒子，到达适当加热的衬底表面上进行生长，得到需要外延 层，所具有的典型低温生长实际上排除了掺杂扩散的可能性。分子束外延是一个 物理过程，本质上是一种真空蒸发技术。然而与一般的真空蒸发技术相比有如下 几个不同的地方： ( 1 ) m b e 法是在超高真空下( u h v ) 进行外延生长的。u h v 指的是比1 3 3 3 x1 0 。7 p a 高的真空度。 ( 2 ) 蒸发物是以分子束或原子束形式传输。 其中第二项在广义的m b e 中并不严格满足，因此m b e 与普通蒸发主要的 区别是u h v 。在通常的真空度下的蒸发，即使单晶衬底表面的吸附物除去得很 干净，但经过一秒种左右之后，很快在其表面吸附了真空室内残存的气体( 尤其 是氧、水等) 。在这样的衬底上生长，很难生长出反映衬底晶体性质的薄膜。但 在u h v 的真空室内，虽然存在吸附系数为l 的残留杂质，但洁净衬底表面能维 持l 扩飞的时矧，所以可以进行与树底晶体有连续性的蒸发膜的生长2 1 。 分子束外延的特点： 第一、生长速率慢( o 1 1 n 州s ) ； 第二、有多个蒸发源，有利生长组份复杂构的薄膜； 浙江人学琐小学位论文 u h w c v d 外延生长薄硅及锗硅单晶薄膜 第三、生长温度低，4 0 0 6 0 0 。