硅基锗薄膜分子束外延生长与rheed分析

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1、浙江大学硕士学位论文硅基锗薄膜分子束外延生长与RHEED分析致谢我的课题是在导师顾培夫教授和叶辉教授的悉心指导下完成的。在整个我的硕士期间，顾老师和叶老师对于我的学习和研究工作都给予了非常多的支持。顾老师待人谦虚和蔼，工作认真严谨，给我留下了非常深刻的印象，是我今后学习的典范。叶辉教授在科研进程中上给了我非常多的指导，不仅是选择课题的突破点，还是具体的实验设计和实验操作方面，叶老师都用他渊博的知识和丰富的经验给了我很大的帮助。特别是在一些对我来说比较困难的阶段，都是叶老师的积极鼓励和不懈支持使我保持了寻找突破的信心。另外，我还要感谢刘旭教授对我的谆谆教导。刘老师广博的知识范围

2、和对课题的敏锐性给我的工作标定了方向，他在把握课题方向和技术发展方面给我的指导使我受益匪浅，使我不仅在科研，甚至在今后学习和工作中也会首先从大方向上思考整个发展前景和发展脉络。在这里，我要向几位老师致以崇高的敬意和衷心的感谢!感谢张磊博士和皇甫幼睿博士在课题和实验方面给予我的巨大支持，我非常荣幸能和二位博士在一个课题组工作，非常怀念与他们一同讨论问题的点点滴滴，也很怀念兼具科研精神和娱乐精神的MBE课题组。同时也要感谢沈伟东老师，甄宏字老师，尹伊博士，许坚硕士，周可余硕士，在一起工作学习的两年多时间让我们成了一个大家庭，不管是讨论科研还是讨论未来，那些时光都非常美好，我永远祝

3、福你们。最后我要感谢我的父母，还有我可爱的女朋友，感谢你们多年来对我做出的所有选择都始终默默支持，你们在我心中有着最重的分量，你们永远是我奋斗的动如。感谢所有关心我和帮助我的人们。二零一零年一月于求是园浙江大学硕士学位论文硅基锗薄膜分子柬外延生长与RHEED分析1绪论1．1课题背景半导体产业发展到今天，发展势头依然强劲。一方面晶圆尺寸不断增大，从200mm到300mm，再向350--400mm过渡，另一方面芯片的特征尺寸不断缩小，超越所谓的lOOnm“极限”之后，仍旧不断缩小，从90nm蛰J45nm再到30衄以下。芯片尺寸的减小依然是促进集成电路性能发展最主要因素。根据国际半

4、导体技术蓝图组织在2008年公布的报告【11，半导体芯片的特征参数将在2015年至2020年降至lOnm以下，见图1．1。20142016201820202022Year图1．1半导体芯片特征尺寸发展然而器件的尺寸小到一定尺度之后，光刻，互联等工艺的难度急剧增大，这给其尺寸的继续减小带来极大的困难。MOS栅长等所代表的半导体芯片特征尺寸每缩小一倍的时间在2007．2010年左右逐渐增加传统技术必然有其极限，开发为∞矗；诒∞竹Eu，col∞co暑Ia硅基锗薄膜分子柬外延生长与RHEED分析浙江大学硕士学位论文新的工艺技术和新的材料去维持半导体器件产业的高速发展则变得具有重要的意

5、义。对于半导体器件技术而言，新材料的引入和新结构的开发是重要的发展思路。在过去的几十年内，在硅衬底上外延生长三五族化合物材料(：女口GaAs等)和锗薄膜形成异质结构越来越多用于促进新型半导体器件的性能发展【2，31。虽然三五族材料在性能上表现出极大的竞争力，面对庞大成熟的传统硅工业，如何与传统的硅器件工业很好的兼容，利用现成的硅工艺和设备，成为其发展不得不考虑的问题。硅在地球上分布级广，储量巨大，这也是其成功的最主要原因之一。但是由于硅为间接带隙半导体，很难用于制造激光器等光电子有源器件，直接影响到其在通信，光集成等领域的发展。硅锗器件有可能弥补这一不足。锗材料加入到硅工艺中

6、，可以通过结构设计改变器件的禁带宽度，能带结构，能够有效提高器件性能，扩大硅器件的应用领域。尤其在迅速发展的光集成领域，锗硅器件极其具有应用的潜力。1．2锗和锗硅的优势锗与硅同属于四族半导体材料，与传统硅工艺有良好的兼容性，并且在载流子迁移率，光学吸收特性等方面比硅具有优势。由表1．1中所示，与硅材料相比，锗材料，砷化镓、砷化铟、锑化铟等三五族化合物材料具有更大的载流子迁移率。锗的载流子迁移率远大于硅，并且锗的空穴迁移率甚至高于三五族化合物的空穴迁移率。由于锗与硅相比具有更高的载流子迁移率，器件中使用锗或锗硅合金作为沟道材料被认为是进一步提高器件性能的有效手段【4，一1。表1

7、．1一些半导体材料的载流子迁移．率t61SiGeGahsInhsInSb“。(cm2／V·sec)13503900850022600105m(cm2／v·sec)48019004002001700浙江大学硕上学位论文硅基锗薄膜分子束外延生长与RHEED分析锗比硅的能带带隙更小，这决定了其在1．3—1．5mm波段具有更好的吸收谱，可以用于制作红外探测器件【7，8，叼；锗与广泛应用的硅工艺有良好的兼容性，且与硅的品格常数相比(5．4315A)，锗(5．6575A)更接近于GaAs(5．6533A)，可以用作