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1、!分子束外延单晶薄膜孔梅影孙殿照黄运衡梁基本陈宗圭李歧旺∀中国科学院半导体研究所#本艾主要介绍我们在自己研制的分子束外延∀∃%&#设备上进行的!单晶薄膜的生长研。,,究这八工作从∋()。年开始在不断改进分子束外延设备和外延生长条件的基础上使∃%&。!能性能有了大幅度的提高在离子泵和升华泵之间配置有功,00毫米的、它∋音+。,甘∋∗氟橡胶插板阀一旦真空室暴露大气时此,。分子束外延∀∃%&#是在真空蒸发基插板阀关闭使离子泵仍维持超高真空〔∋〕。础上发展起来的晶体生长新技术它不仅,而且能外延生长各种半导体单晶
2、薄膜还可。目以生长单晶金属和绝缘体薄膜前已日益、成为发展半导体新材料新器件的一个十分。重要的技术〔,〕它与常用的气相外延∀−.&#,和液相外延∀/.&#相比较其独特的优点是可以生长原子级厚度和平整度的多层单,、晶薄膜并可随意改变薄膜的组分掺杂元。素和掺杂分布利用∃%&技术生长超薄型六一、,的陡变组分和惨杂的多层单晶薄膜结构开,同时也为发展半辟了量子物理实验新领域导体高速微波器件和高效率的光电器件提供∋1了。新技术近年来随着分子束外延设备的不口,断改善快速交换样品的空气锁和大面积均图∋分子束外延设备结构示意图匀生长的
3、转动样品架的使用,使分子束外延∋,,‘2,一观察窗一四极质谱仪一俄歇谱仪卜,,技术从实验室的研究手段逐步发展成为半导7&&8荧光屏9一液氮冷屏翠4一分子束源。,,,体器件的制备技术炉6一7&&8电子枪)一衬底加热器(一机,,,械手∋0一四极质谱仪:一钦升华器∋,一液、·〔2,二分子束外延设备,,,氮冷屏∋2一附吸泵∋1一溅射离子泵∋9一氟,,橡胶插板阀∋4一分子束源炉∋6一衬底图+是我们现在实验用的∃%&设备的。示意图它主要由以下几部分组成3∀二#真空工作室,由功∀一#超高真空机组也就是外延生长室190毫米的不、。
4、,包括分子筛吸附泵三极离子泵∀抽速锈钢圆筒做成经,1;24小时∋90℃烘烤以、,。400升54,,<一‘“秒#钦升华泵∀抽速600升5秒#后工作室的极限真空可达∋0托、∀三#五自由度微调祥品架光好的衬底用有机溶剂∀三氛乙烯丙酮和能使样品具有三个平移移动和两个方向,、甲醇#清洗去离子水冲洗干净再用。,的转动通过样品架操作可在真空室内交,‘3,33Ε3∋3790707ΦΔ6∋。,。接样品样品架中附有加热器对样品进行溶液进行化学腐蚀∀40℃,分钟#在化学,。。,。加热最高温度可达)0℃腐蚀结束时用去离子水不断冲洗衬底从∀
5、四#样品传递系统,,用Γ:水中取出后立刻在高纯氮气中吹干。。,它由样品室和磁力传动装置构成通过将衬底粘到清洁的∃块上送人样品传递,,,进样品传动系统换取样品时工作室的真空度室再传送到外延工作室行生长前的表一日一’,。可保持在∋0;∋0托这样可以在工作室面热处理为了避免外界气氛对衬底表面的保持原来外延生长条件的情况下完成样品的,沽污必须使衬底表面在清洗过程中形成一,,,这层氧化层对!交换大大提高了工作效率减少了工作室层薄薄的自体氧化层。。,的污染表面起良好的纯化作用外延生长前在,,!∀五#分子束喷射炉气氛中加热衬
6、底当温度升到9)0℃左右,、各炉具有独立的挡板由钳祸加热器∀衬底温度用+熔点校正#可将表面氧化层和热。。辐射屏蔽三部分组成常用的钳塌材料及附在上面的一些杂质去除在氧化层完全。,!。是高纯石墨和热解氮化硼∀.%=#去尽的清洁表面上开始的外延生长∀六#分检仪器选用高纯稼∀4=#和砷∀4=#作分子包,,括四极质谱仪∀>∃?#高能电子衍束原材料分别置于热解氮化硼∀.%=#柑。。射仪∀7&&8#和俄歇电子能谱仪∀&?#涡〔6〕和高纯石墨钳祸内分子速流强度由源!、。,>∃?用来监测真空室剩余气氛成分以及炉温控制外延生长时衬
7、底温度为9)0℃;,同,?束流的相对大小时它也是超高真空420℃炉和炉温度由外延生长速率、。。系统的十分干净有效的检漏设备7&&8!5,和束流比确定外延生长开始前用,>∃?,,给出衬底或外延层表面结构的信息而&??测量5谱峰比调整炉子温度。。则用于研究衬底及外延层的表面成分!使5谱峰比为9;∋0生长速率控制在。+外延生长速率需要经过实三、!·〔1,”’微米5小时左右单晶薄膜生长,用两种方法测定了外延层厚度,一验校正,它,,分子束外延过程是一个动力学过程种是在外延衬底的一角采用钥片遮挡使、、,
8、涉及入射分子在衬底表面的吸附分解迁外延层在此形成台阶然后用薄膜厚度测量。!。,移和结合等过程∃%&生长动力学研仪测定台阶高度另一种是解理面染色后,,!。究〔4〕指出在生长温度下在表面用显微镜观察测定的粘附系数为,!,一规#∋而只有在与表面上的在外延生长过程中用裸规∀%监,原子碰!撞的条件下才能被吸附因此∃%&控分子束流的变化是十分简便而有效的
