沉积原子入射对外延铝薄膜中失配位错形成的诱发作用分析

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1、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名(手写)：魏签字日．期：砷年，声月，彦日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全

2、部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名茜&导师签名：签字日期：：砷年哆月r彦日签字日期：阀乡k／za僻f瑚f与Et}第1章绪论近半个世纪以来，随着现代微电子及光电子工业的高速发展，电子元器件愈加集成化和微型化。40年代的真空器件尺寸是厘米级别，60年代的固体器件尺寸是毫米级别，80年代超大规模集成电路中的器件尺寸是微米级别，如今的电子器件尺寸是纳米量级的

3、。薄膜科学在其中起到了非常重要的作用。薄膜的研究和开发为微电子学、光电子学、磁电子学等新兴交叉学科的发展提供了必要的材料基础，高质量薄膜的生长工艺、组成及晶体结构和物理性能已经成为这些新学科的重要组成部分。然而，随着薄膜器件特征尺寸的不断缩小，薄膜晶体结构对器件可靠性及性能的影响也更加突出。充分理解薄膜结构缺陷的形成机制进而控制缺陷的形成，提高薄膜晶体质量，对微电子、光电子、磁电子等新兴行业的高速发展起着极其重要的作用。因此，控制薄膜材料结构缺陷形成的研究愈来愈受到各国高技术产业界的广泛关注，并从理论、控制工艺、设备使用、分析测试技术到应用等方面入手，形成了一个系统的

4、研究领域。这些年来国内外涌现出了大量这方面的研究报道，主要集中在对各种结构缺陷形成规律、机理与控制方法的研究上，取得了许多有价值的结果和认识进展。本章先简单介绍外延薄膜生长(1．1)和薄膜中的晶体缺陷(1．2)；然后综述失配位错的研究现状(1．3)；最后说明本文研究研究的目的和内容(1．4)。1．1外延薄膜生长在微电子、光电子、磁电子等领域中制备外延薄膜的方法以气相沉积为主，各种气相沉积法在薄膜生长机理有很多共性。外延薄膜的生长机理研究起始于上世纪二十年代，1924年，Frenkel提出了描述成核过程的原子模型【11。1958年，人们提出了以热力学为基础的薄膜生长的外

5、延模型121，建立了薄膜生长的三种模式：第一种是层状生长模式(Frank-vanderMerweModel，即F．M模式)，此时由于薄膜与衬底之间浸润性很好，沉积原子更倾向于与衬底原子成键结合，因此，薄膜从形核阶段开始即采取二维扩展的模式；第二种是三维岛状生长模式(Volmer-WeberModel，即V-W模式)，此时薄膜与衬底之间浸润性不好，薄膜原子或分子更倾向与自身相互键合起来，从而使晶核沿三维方向生长并形成许多第1章绪论小岛，造成薄膜表面粗糙；第三种是层状+三维岛状生长模式(Stranski．KrastanovModel，即s．K模式)，此时薄膜与衬底之间的润

6、湿状况介于前两种之间，因此沉积原子先以二维方式生长l也个单原子层，原子继续沉积时，这些膜层上的沉积原子开始以凝聚核生长的方式长成三维小岛。同时，基于统计物理学的原子成核和生长模型及相关理论逐渐形成【31，如：描述表面原子成核和生长的速率方程(rateequation)和关于表面原子扩散的点阵气体模(1attice．gasmodel—L∞等。这些理论的出现不仅解释了薄膜生长的一些物理现象，促进了薄膜生长研究的发展，而且激励着人们在原子、分子水平上进一步探讨薄膜的生长行为，并且为进一步研究薄膜结构缺陷打下了坚实的理论基础。1．2外延薄膜晶体中的缺陷外延薄膜晶体和体材料中的

7、缺陷均可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷，但由于外延薄膜的二维特性及制备方法的特殊性，使薄膜晶体与一些体材料中缺陷表现出的特点存在不同。图1．1示出了外延薄膜中几种可能出现的缺陷(点缺陷未画出)，下面分别就薄膜中点、线、面缺陷作扼要介绍。图1．1外延薄膜中几种可能出现的缺陷“11、贯穿型刃位错；2、界面失配型位错；3、贯穿型螺位错；4、螺旋生长台阶；5、薄膜生长层错；6、外延层错；7、卵形缺陷；8、丘形缺陷；9、析出相或孔洞。点缺陷包括空位和杂质原子，主要是空位，它对薄膜晶体的性能影响往往比其它缺陷小得多。从热力学角度来看，点缺陷的形成带来体系的内能增加的