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单晶薄膜制备方法薄膜材料相对于块体材料来说，可以应用较小的原料而达到相应的性能要求；而且薄膜材料还具有许多优异的性能，使薄膜材料能够满足现在大型集成电路以及各种功能器件的要求，使器件向小型化、轻便化方向发展。
单晶薄膜由于膜层内部缺陷少、而且具有一定尺度的膜层具有一定的量子限域效应，电子在其内部运动时会有许多独特的状态和方式，从而产生更优的性能，具有极其重要的应用价值和应用前景。
鉴于单晶薄膜的种种优势，人们对其的研究也进行了许多年，各种单晶薄膜的制备技术被相继开发出来，当前生长和制备单晶薄膜的主要方法有：分子束外延（MBE）、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）、脉冲激光沉积（PLD）、电子束沉积（EBD）和原子束沉积法（ABD）等。
一、分子束外延（MBE）分子束外延是一种在超高真空条件下，将原料通过热蒸发等方式气化升华，并运动致衬底表面沉积形成薄膜的的方法。
配合仪器自带的原位分析仪器（如RHEED等）可以精确控制膜层的成分和相结构。
分子束外延存在生长膜层速度太慢的缺点，每秒钟大约生长一个原子层厚度，但可以精确控制膜层厚度。
David 等【1】运用等离子体增强的分子束外延（PEMBE）方法直接在SiC衬底上制备了具有纤锌矿结构的、膜层质量较好的GaN单晶薄膜。
由于GaN与SiC存在较大的晶格失配，以往的研究往往是预先在SiC表面制备AlN缓冲层，来减小晶格失配，得到单晶GaN膜层。
生长过程中引入等离子体大大降低了由于晶格失配而极易出现的堆垛缺陷浓度，使得膜层质量有较大改善。
Yefan Chen等【2】同样运用PEMBE在蓝宝石衬底上制备了单晶ZnO膜层，RHEED模式照片显示ZnO在蓝宝石衬底表面的外延生长是逐渐由二维生长转变为三维岛状模式生长的；且XRD分析表明ZnO沿（0001）方向择优生长；PL谱分析显示ZnO膜层内部的污染和本征缺陷浓度较低，晶体质量较好。
二、金属有机物化学气相沉积（MOCVD）金属有机物化学气相沉积（MOCVD）主要用于Ⅱ—Ⅵ族和Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体薄膜的制备，它是运用载气将金属有机化合物气体输运至衬底处，金属有机化合物在输运过程中发生热分解反应，在衬底表面发生反应并沉积形成薄膜的技术。
mbe分子束外延材料摘要：一、MBE分子束外延材料简介二、MBE分子束外延技术的原理与应用三、MBE分子束外延材料的优点与不足四、我国MBE分子束外延材料的发展现状与展望正文：一、MBE分子束外延材料简介MBE（Molecular Beam Epitaxy，分子束外延）分子束外延材料是一种先进的材料生长技术，通过控制分子束的输运和沉积速率，实现对薄膜材料的精确生长。
MBE技术可以生长各种薄膜材料，如半导体、金属和氧化物等，被广泛应用于微电子、光电子和能源领域。
二、MBE分子束外延技术的原理与应用MBE分子束外延技术利用分子束源将原材料分子束射到基板上，通过调节束流、角度和速度，使分子在基板表面发生沉积、生长。
该技术具有极高的生长速率控制能力和薄膜质量，可实现对薄膜厚度、成分和结构的精确控制。
MBE技术在我国已得到广泛应用，如半导体器件制造、太阳能电池、发光二极管、激光器和光纤通信等领域。
此外，MBE技术在基础研究中也具有重要意义，如生长量子点、量子井、异质结构等。
三、MBE分子束外延材料的优点与不足MBE分子束外延材料具有以下优点：1.薄膜质量高：MBE技术可以实现对薄膜厚度和结构的精确控制，薄膜具有优异的物理和化学性能。
2.生长速率快：相较于其他外延技术，MBE技术具有较高的生长速率，提高生产效率。
3.成分可控：通过调节分子束的成分和比例，可以实现对薄膜成分的精确控制。
4.制备异质结构能力强：MBE技术可以实现不同材料之间的精确拼接，制备出具有特殊功能的异质结构。
然而，MBE技术也存在一定的不足：1.设备昂贵：MBE设备价格高昂，投资成本较大。
2.工艺复杂：MBE技术对生长环境和设备参数要求较高，工艺复杂且难以控制。
3.产量有限：MBE设备的生产能力较低，难以满足大规模生产需求。
四、我国MBE分子束外延材料的发展现状与展望近年来，我国MBE分子束外延材料研究取得了显著成果，不仅在技术上实现了突破，还成功应用于多个领域。
ga2o3薄膜的外延生长、高迁移率调控及相关机理研究概述：氧化镓（Ga2O3）是一种具有广泛应用前景的半导体材料，其具有高电子迁移率、高电场饱和漂移速度和宽带隙等优良性能。
因此，Ga2O3被广泛应用于高功率电子器件、光电器件和传感器等领域。
然而，Ga2O3材料的外延生长和迁移率调控等方面还存在一些挑战，限制了其应用的进一步发展。
因此，对Ga2O3薄膜的外延生长、高迁移率调控及相关机理进行深入研究具有重要意义。
外延生长：Ga2O3的外延生长主要有分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和气相输运（PVT）等方法。
其中，MBE和MOCVD是常用的方法。
MBE方法具有高纯度、高晶态、低缺陷等优点，但是生长速率较慢。
MOCVD方法生长速率快，但杂质控制较难。
为了获得高质量的Ga2O3薄膜，需要对生长条件进行优化，例如控制温度、气压、气体流量等参数。
高迁移率调控：Ga2O3的高迁移率是其应用于高功率电子器件的关键因素之一。
目前，主要的调控方法包括掺杂和表面处理两种。
掺杂可以通过掺杂杂质、控制掺杂浓度和掺杂方式等手段来提高Ga2O3的迁移率。
表面处理可以通过化学处理、热处理和氧化处理等方法来提高Ga2O3的表面质量和迁移率。
此外，研究Ga2O3材料的晶体结构、缺陷和电子结构等方面也有助于理解其迁移率的调控机制。
相关机理：Ga2O3材料的外延生长和迁移率调控涉及到多个物理和化学过程，例如晶体生长、掺杂、杂质扩散和表面反应等。
因此，研究这些过程的机理对于理解和优化Ga2O3材料的性能具有重要意义。
例如，研究Ga2O3材料的晶体生长机理可以优化生长条件，提高生长速率和晶体质量；研究Ga2O3材料的表面反应机理可以提高表面质量和迁移率。
此外，研究Ga2O3材料的缺陷和电子结构等方面也有助于理解其性能和调控机制。
总结：Ga2O3材料的外延生长、高迁移率调控及相关机理研究是当前材料科学研究的热点之一。
通过对这些方面的深入研究，可以优化Ga2O3材料的性能，拓展其应用领域。
分子束外延的含义分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，简称MBE）是一种用于生长单晶薄膜的先进材料制备技术。
通过控制分子束的流动和能量，可以在原子尺度上控制材料的质量和结构，从而实现高度纯净、低缺陷的薄膜生长。
这一技术在半导体、光电子学、纳米科技等领域发挥着重要作用。
MBE技术是通过在真空环境中利用化学反应来生长单晶薄膜。
从源材料中产生高能量的分子束，束流中的分子逸散并与加热的基片上的原子发生反应，从而在基片表面上沉积一层新的薄膜。
利用分子束的狭缝，薄膜可以在原子尺度上的精确控制生长，从而达到高质量、晶格匹配的效果。
MBE技术主要包括源材料的制备、束流形成和真空系统的设计。
源材料的纯度和制备过程对薄膜质量至关重要。
材料通过高温热蒸发、分子流辐射或簇射等方式产生，确保材料的纯净度和均匀性。
束流的形成则需要通过激光蒸发、热蒸发或分子簇射等技术实现。
同时，真空系统的设计和维护也是MBE技术的重要组成部分，保证材料生长的稳定性和纯净度。
MBE技术在半导体领域有广泛应用。
通过控制薄膜生长的参数，可以在半导体材料中实现掺杂和多层结构。
这为半导体器件的研究和制备提供了理想的原材料。
例如，MBE技术在光电子器件中的应用已被广泛研究。
通过调控薄膜的生长条件，可以实现光电转换和光电流输运的优化，从而实现高效率的光电子器件。
除了半导体领域，MBE技术还在纳米科技、光学薄膜和低维材料研究中发挥着重要作用。
例如，在纳米量子点的研究中，MBE技术可以精确控制量子点的大小和排列，从而调控其电学和光学性质。
在新型材料的研发中，MBE技术可以实现复杂结构的控制生长，从而研究材料的新奇性质。
总之，分子束外延技术是一种先进的材料制备技术，广泛应用于半导体、光电子学和纳米科技等领域。
通过精确控制薄膜生长的条件和材料组分，可以实现高质量、低缺陷的薄膜生长。
这一技术的发展将推动材料科学和器件制备的进步，为相关领域的研究提供有力支持。
半导体材料的历史现状及研究进展(精)半导体材料的研究进展摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。
半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。
本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。
关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势一、半导体材料的发展历程半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。
宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。
1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。
1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。
50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。
60年代,砷化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。
1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。
90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。
新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光通状态所需的能量。
GaAs基InSb薄膜的分子束外延生长及其结构与性能THE InSb EPITAXIAL GROWTH ON GaAs SUBSTRATE BY MOLECULAR BEAM EPITAXY AND ITS STRUCTURE AND PROPERTIES熊 敏2006年6月国内图书分类号：TN304.055国际图书分类号:621.315.592工学硕士学位论文GaAs基InSb薄膜的分子束外延生长及其结构与性能硕 士 研究生：熊 敏导 师：李美成 副教授申 请 学 位：工学硕士学 科 专 业：材料物理与化学所 在 单 位：材料科学与工程学院答 辩 日 期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：TN304.055U.D.C.: 621.315.592Dissertation for the Master Degree of EngineeringTHE InSb EPITAXIAL GROWTH ON GaAs SUBSTRATE BY MOLECULAR BEAM EPITAXY AND ITS STRUCTURE AND PROPERTIESCandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for: Specialty:Date of Defence:Degree-Conferring-Institution: Xiong MinAssociate Prof. Li Mei Cheng Master of EngineeringMaterial of Physics and Chemistry June, 2006Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文采用分子束外延(MBE)方法在GaAs(001)衬底上优化低温缓冲层生长条件制备了异质外延InSb薄膜，采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)与X射线双晶衍射(DCXRD)等方法研究了InSb/GaAs薄膜的表面形貌与结晶质量。
半导体薄膜生长术语半导体薄膜生长，作为现代微电子科技与光电子科技领域的关键技术之一，其过程涉及众多专业术语和工艺步骤。
以下是对半导体薄膜生长过程中一些核心术语的阐述：1. 『分子束外延』(Molecular Beam Epitaxy, MBE)：一种高精密薄膜生长技术，通过精确控制原子或分子束的能量和方向，在超真空环境下实现单晶半导体薄膜的逐层精确生长。
2. 『化学气相沉积』(Chemical Vapor Deposition, CVD)：利用气态物质在固态基底上反应生成所需固体薄膜的一种方法，常见于制备高质量、大面积的半导体薄膜。
3. 『原子层沉积』(Atomic Layer Deposition, ALD)：基于自限制表面反应机制，以单原子层为单位进行薄膜生长的技术，尤其适用于复杂三维结构的均匀薄膜沉积。
4. 『液相外延』(Liquid Phase Epitaxy, LPE)：将基片浸入含有过饱和组分的溶液中，利用溶质在固-液界面处的定向结晶形成薄膜。
5. 『溅射沉积』(Sputter Deposition)：利用离子束轰击靶材，使靶材原子溅射出来并在衬底上凝结成膜的过程。
6. 『热氧化』(Thermal Oxidation)：在高温下，硅片表面与氧气反应生成二氧化硅（SiO₂）薄膜，是制造MOS 结构的关键步骤。
7. 『掺杂』(Doping)：在半导体薄膜生长过程中引入杂质元素，改变材料导电类型，如n型掺杂（磷、砷等）、p型掺杂（硼、镓等）。
8. 『二维生长模式』与『三维生长模式』：前者指薄膜原子严格沿基底平面排列生长；后者则允许薄膜原子在垂直和平行于基底的方向上同时生长。
9. 『台阶流』(Step Flow Growth)：在具有原子级平整度的衬底表面，薄膜沿着台阶边缘连续生长的现象。
10. 『表面重构』(Surface Reconstruction)：薄膜生长初期，由于表面应力、能态等因素影响，实际表面结构与理想晶体结构发生偏离的现象。
第19卷第9期 半 导 体 学 报 V o l.19,N o.9 1998年9月 CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S Sep.,1998 M BE生长I nA s薄膜输运性质的研究周宏伟 董建荣 王红梅 曾一平 朱占萍 潘 量 孔梅影(中国科学院半导体研究所 北京 100083)摘要 在GaA s衬底上M BE生长大失配InA s薄膜,虽然在界面处存在大量位错,但仍能在InA s薄膜中得到较高的电子迁移率.掺Si样品的迁移率比同厚度未掺杂的样品要高.且对未掺杂的InA s薄膜,迁移率在室温附近有一个明显的极小值.这些反常行为可以通过体层和界面层电子的并联电导模型来解释.PACC:8115G,7280E,73501 引言用M B E技术在GaA s衬底上生长InA s外延层,由于在红外探测器、光电子器件方面的潜在应用,一直很受人们重视[1～7].虽然InA s和GaA s衬底之间较大的晶格失配(712%)会在界面附近产生高密度的位错,但在InA s薄膜中仍能得到非常高的电子迁移率.并且电子的迁移率随外延层厚度的增加而增大.迄今为止,对此现象的解释还有很大分歧[7～9].另一方面,InA s是窄禁带半导体,因此人们以前一直认为InA s薄膜H all器件的温度特性不会太好[12].但高灵敏度、温度特性较好的InA s薄膜H all器件已成功地研制出来并且商品化[10,11].为什么窄禁带的InA s薄膜H all器件有较好的温度特性,目前对此也无理论解释.本文系统地研究了厚度、温度、掺杂对电子迁移率的影响.用并联电导模型解释了迁移率对掺杂及温度的反常依赖关系.2 实验结果InA s外延层都是用R I B ER232M B E系统,在半绝缘GaA s(100)衬底上生长的.所有样品生长温度都是480℃,掺杂浓度8×1016c m-3, 比为20～40.我们并没有寻求最佳生长条件来提高电子迁移率,样品的电子迁移率是用范德堡方式测得.(1)对掺杂(Si)浓度相同但厚度不同的样品HR009(厚度d=014Λm)和HR012(厚度d =1Λm),生长时In和A s的束流等效压强分别为P I n=116×10-4Pa,P A s=515×10-3Pa,电子迁移率随温度的变化如图1所示.周宏伟 男,1970年出生,博士生,从事分子束外延的研究董建荣 男,1968年出生,博士,从事分子束外延的研究1997207210收到,1997211214定稿(2)典型的掺杂和非掺杂样品GR 088(厚度d =112Λm )和GR 089(厚度d =2Λm ),生长时In 和A s 的束流等效压强分别为P In =111×10-4Pa ,P A s =210×10-3Pa .迁移率随温度的变化如图2所示.图1图2(3)厚度相同,掺杂浓度相同,但掺杂位置不同对样品迁移率的影响如表1所示,所有样品外延层厚度为017Λm ,生长时In 和A s 的束流等效压强分别为P I n =111×10-4Pa ,P A s=210×10-3Pa .表1 样品编号掺杂位置(距界面距离) Λm 室温迁移率 (c m 2・V -1・s -1)HR 0550～0.286588HR 0560.28～0.429022HR 0570.56～0.79348HR 073未掺杂60703 分析和讨论从以上实验结果可看出较薄样品(HR 009)的迁移率较低但温度特性较好(图1).对未掺杂的InA s 外延层(GR 089),电子迁移率在室温附近出现一个明显的极小值.而掺杂样品(GR 088)没有发现明显的极小值(图2).当在InA s 外延层中远离InA s GaA s 界面掺杂时,其电子迁移率比同厚度未掺杂样品高(表1).这些现象很难用Kalem 等人的位错和晶格散射模型来解释[5,6,13],而用W ang 等人所提出的并联电导模型则很成功[7,9].并联电导模型是指当样品中不同层中的电子迁移率不同时,测得的迁移率是这些电子的整体贡献.对较厚的InA s 外延层,W ang ,W eider 等是用体层(距InA s GaA s 界面较远的区域)和表面积累层两层并联电导模型解释了迁移率随厚度的变化.虽然InA s GaA s 界面是一个位错密度很高的区域,但位错对离它较远的体层电子散射很弱,体层中电子迁移率仍然很高,位错仅对其附近区域的电子有较强的散射作用,使其迁移率很低,并且对温度变化不敏感[7,9].但对较薄的InA s 外延层,界面层(InA sGaA s 附近位错密度较大的区域)中电子对整个外延层的影响不能忽略,从表1中可看出,表面积累层电子和体层电子对整体迁移率的贡献差别不大,因7469期 周宏伟等: M BE 生长InA s 薄膜输运性质的研究 846 半 导 体 学 报 19卷此我们用体层和界面层两层并联电导模型来解释我们的实验结果.根据并联电导模型[7],实验测得的迁移率Λ为:Λ=[Λ2b(n b n i)+Λ2i d i (d-d i)] [Λb(n b n i)+Λi d i (d-d i)](1)式中 Λb、n b分别是体层的电子迁移率和浓度;Λi、n i和d i分别是界面层电子的迁移率,浓度和界面层的厚度.d i的厚度用扫描电镜测得约为012Λm[14],d为外延层的厚度.且ΛiνΛb,Λi 对温度不敏感.若外延层越厚,d i d越小,在并联电导中,体层贡献越大,测得的迁移率越接近体层,迁移率也就越高[5～11].当样品非常厚时,界面层的影响可忽略,其电子迁移率趋近于体层电子的迁移率,这也解释了外延层中电子迁移率随厚度增加会出现饱和的实验结果[13].若外延层越薄,界面层贡献越大,迁移率越低且随温度变化也比较平缓,如图1.当远离异质界面层掺杂一定浓度Si时,由于电离散射作用增强,使得体层和界面层的迁移率都降低.但测得的电子迁移率比同厚度未掺杂样品要高,这不是电子之间的屏蔽效应[9],而是因为杂质电离后,库仑束缚作用使掺杂引入的电子大多局域在体层,n b n i增大,测得的迁移率更接近体层而提高.从方程(1)也可看出掺杂和未掺杂样品随温度变化也有可能不相同.它们在低温时都有一个极大值,然后随温度增加迁移率降低[5].在此过程中,Λb 和Λi都降低,n b n i相对稳定,总的迁移率降低.但是当温度增加到某一值时,界面层所束缚的导电电子开始激发到体层,对非掺杂样品,虽然Λb和Λi都降低,但n b n i增加,也可能使总的迁移率随温度的增加而增加.温度更高时,n b n i的增加已不能补偿Λb和Λi的降低,总的迁移率随温度的增加而降低.对远离界面掺杂的样品n b n i较大,它随温度增加并不明显,总的迁移率随Λb和Λi降低而降低,而没有明显的极小值,如图2.厚度相同的样品,无论掺杂还是不掺杂,高温时本征导电电子占主导地位,n b n i差别可忽略,因此电子迁移率也趋于相同[10].4 结论我们用并联电导模型解释了InA s薄膜迁移率对温度的依赖关系,以及掺杂而引起的迁移率反常增加.外延层比较薄时,总的迁移率来源于体层和界面层电子的整体贡献.外延层越薄,界面层电子贡献越大,总的迁移率越低,但温度特性也越好,因此InA s薄膜H all器件有较好的温度特性.致谢 作者感谢孙殿照研究员、张剑平博士、王哓亮博士后的有益讨论.参考文献[1] C.T.Foxon,J.V ac.Sci.T echno l.,1983,B1:293.[2] J.D.Grange,E.H.C.Parker and R.M.K ing,A pp l.Phys.,1979,12:1601.[3] C.Chang,C.M.Serrano,L.L.Chang et al.,A pp l.Phys.L ett.,1980,37:538.[4] J.M.Gerand and J.Y.M arzin,A pp l.Phys.L ett.,1988,53:568.[5] S.Kalem,J.Chyi,C.W.L itton et al.,A pp l.Phys.L ett.,1988,53:562.[6] S.Kalem,J.Chyi,H.M o rkoc et a l.,A pp l.Phys.L ett.,1988,53:1647.[7] H .H .W ieder ,A pp l .Phys .L ett .,1974,25:206.[8] S .Ho l m es,R.A.Strading,P.D.W ang et al .,Sem icond .Sci .T echno l .,1989,4:303～308.[9] P.D.W ang,S .N.Ho l m es,T an L e et al .,Sem icond .Sci .T echno l .,1992,7:767～786.[10] T atsuro et al .,J .C ryst .Grow th ,1995,150:1302.[11] H .M .W ang et al .,J .C ryst .Grow th ,(accep ted ).[12] R .S .Popovic ,H all Effect D eveces ,H ilger ,B ro sto l ,1991,195～196.[13] S .Kalem et al .,Sem icond 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al behavi o r is exp lained by the p arallelconducti on from the quasi 2bu lk carriers and in terface carriers.T he h igh m ob ility InA s fil m s are found to be su itab le m aterials fo r m ak ing H all elem en ts.PACC :8115G ,7280E ,73509469期 周宏伟等: M BE 生长InA s 薄膜输运性质的研究 。
