光电功能薄膜 外延技术
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所谓外延是指在单晶基片上形成单晶结构的薄膜而且薄膜的晶体结构与取向都和基片的晶体结构和取向有关。
??简言之是在在完整的单晶衬底上延续是在在完整的单晶衬底上延续生长单晶薄膜的方法生长单晶薄膜的方法??外延生长薄膜的形成过程是一种有方向性的生长。
外延同质外延外延膜在同一材料上生长同质外延薄膜是层状生长型。
异质外延外延膜在不同材料上生长异质外延薄膜可是层状生长型也有岛状生长型。
??用途??主要用于生长元素、半导体化合物、合金薄结晶层??优点??较好的控制膜的纯度、膜的完整性、掺杂级别外延膜沉积分类分子束外延MBE液相外延LPE热壁外延HWE金属有机物化学气相沉积MOCVD分子束外延MBE分子束外延是在超高真空条件下精确控制原材料的中性分子束强度并使其在加热的基片上进行外延生长的一种技术。
从本质上讲分子束外延也属于真空蒸发方法。
区别在于MBE具有超高真空并配有原位监测和分析系统能够获得高质量的单晶薄膜。
??分子束外延MBE??分子束外延MBE??过程??在超高真空条件下由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气经小孔准直后形成的分子束或原子束直接喷射到适当温度的单晶基片上同时控制分子束对衬底扫描就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。
??特点??1生长速率极慢大约1um/小时相当于每秒生长一个单原子层因此有利于实现精确控制厚度、结构与成分和形成陡峭的异质结构等。
实际上是一种原子级的加工技术因此MBE特别适于生长超晶格材料。
??2外延生长的温度低因此降低了界面上热膨胀引入的晶格失配效应和衬底杂质对外延层的自掺杂扩散影响。
??3由于生长是在超高真空中进行的衬底表面经过处理可成为完全清洁的在外延过程中可避免沾污因而能生长出质量极好的外延层。
在分子束外延装置中一般还附有用以检测表面结构、成分和真空残余气体的仪器可以随时监控外延层的成分和结构的完整性有利于科学研究.分子束外延分子束外延MBEMBE分子束外延分子束外延MBEMBE??4MBE是一个动力学过程即将入射的中性粒子原子或分子一个一个地堆积在衬底上进行生长而不是一个热力学过程所以它可以生长按照普通热平衡生长方法难以生长的薄膜。
沈阳分子束外延
沈阳分子束外延(MBE)是一种用于薄膜生长的技术,被广泛应用于半导体器件、光电子器件、磁性材料等领域。
本文将介绍沈阳分子束外延的原理、应用以及发展前景。
一、沈阳分子束外延的原理
沈阳分子束外延是一种利用分子束在真空中沉积材料的技术。
其主要原理是通过加热源将材料加热至高温,使其蒸发,并通过分子束束流将蒸发的原子或分子沉积在基底上,形成薄膜。
分子束束流可以通过控制材料的蒸发源来实现,一般采用电子束蒸发器或者分子束蒸发器。
沈阳分子束外延技术在半导体器件中有着广泛的应用。
例如,可以利用该技术生长高质量的半导体材料,用于制备高性能的红外探测器、激光二极管等器件。
此外,沈阳分子束外延还可以用于制备光电子器件,如太阳能电池、光电转换器等。
另外,沈阳分子束外延还可以用于磁性材料的生长,用于磁存储器件的制备。
三、沈阳分子束外延的发展前景
随着科技的不断进步,沈阳分子束外延技术也在不断发展。
目前,研究人员正在努力改善沈阳分子束外延技术的性能,以制备更高质量的薄膜。
同时,研究人员还在探索新的材料和器件结构,以满足不同领域的需求。
例如,近年来,研究人员利用沈阳分子束外延技
术成功制备了二维材料,如石墨烯等,为新型纳米器件的研究提供了新的可能性。
沈阳分子束外延是一种重要的薄膜生长技术,具有广泛的应用前景。
随着技术的不断发展,我们相信沈阳分子束外延技术在半导体器件、光电子器件、磁性材料等领域的应用将会得到进一步拓展,为科技发展提供更多的可能性。
InSb薄膜分子束外延技术研究刘铭;程鹏;肖钰;折伟林;尚林涛;巩锋;周立庆【摘要】InSb材料由于其优异的光电性能,一直是军事领域重要的红外探测器材料.而高温工作是InSb发展的一个重要方向,开发分子束外延InSb材料是实现高温工作的基础.本文采用分子束外延工艺生长获得了高质量的InSb薄膜,通过金相显微镜、X射线双晶衍射仪、原子力显微镜、SEM和EDX等检测手段对InSb外延膜进行表面缺陷、晶体质量表征和分析,并采用标准的InSb器件工艺制备128×128焦平面探测器芯片进行材料的验证,结果表明该材料性能可以满足制备高性能器件的要求.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)011【总页数】4页(P1256-1259)【关键词】InSb外延膜;分子束外延;晶体质量;128×128【作者】刘铭;程鹏;肖钰;折伟林;尚林涛;巩锋;周立庆【作者单位】华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN213第三代的红外探测器逐渐向高性能低成本方向发展,具体可以概括为:高分辨(大面阵和小像元)、先进的读出电路技术(数字化)、高工作温度(>77K)、高空间均匀性、高稳定性、多光谱。
其中实现高温工作红外探测器是第三代红外探测器发展的一个重要分支[1]。
为了提高InSb红外探测器的工作温度,国外已经发展的多种结构的MBE外延型InSb探测器,在InSb衬底上同质外延InSb薄膜,外延薄膜InSb型探测器器件示意图如图1所示,在InSb衬底上外延p+-n--n+结构材料,这样设计(通过控制掺杂浓度和厚度),使吸收区可以达到最高量子效率和最小暗电流[2]。
半导体外延技术:突破新时代的先驱半导体外延技术是指在一种晶体基底上通过生长的方法,制备出具有其他晶体结构和组分的薄膜。
它作为现代电子技术中的一个重要分支,极大地拓展了半导体材料的种类和应用领域,成为推动信息产业快速发展的关键支撑技术之一。
本文将从外延生长的基本原理、外延材料的种类及其特点、外延膜的表征方法等方面进行介绍。
一、外延生长的基本原理外延生长的基本原理是将原材料在晶体生长介质表面上沉积并由此形成新晶体的生长过程。
晶体生长方式有三种,即气相、液相及固相生长。
气相生长是将气体混合物通过催化剂作用,沉积在晶体基底上,形成一层新晶体。
液相生长是将置于基底上的生长介质在高温或压力下熔融,然后逐渐冷却,从而得到一片新的晶体。
固相生长是将硫酸铜等物质溶解在水溶液中,通过浸没样品逐渐形成靠近基底的新片晶体。
其中,气相生长被广泛应用在半导体外延技术中。
二、外延材料的种类及其特点不同外延材料的选用对外延生长膜的性质、品质及功效有着直接的影响。
外延材料可以分为硅、砷化镓、氮化镓等几类。
其中,硅的单晶在电子学器件中应用较广泛,它具有良好的稳定性、结构简单、制备工艺成熟等特点。
砷化镓和氮化镓则因其大的能隙、高速度、较小的噪声系数和较好的高电子迁移率而被广泛应用于微波等高频电子器件。
此外,氮化镓还因具有优越的光电特性,被广泛应用于LED、LD 等光电领域。
三、外延膜的表征方法外延生长的薄膜在应用过程中需要对其各种性能进行表征。
常用的表征方法有XRD衍射技术、AFM原子力显微成像技术、SEM扫描电镜技术、SIMS静电质谱技术等。
其中,XRD衍射技术可以清晰地表征薄膜的颗粒尺寸、结晶度、拓扑结构等信息;AFM原子力显微成像技术则可以清晰地观察薄膜表面形貌,确定其光学和机械性能;SEM扫描电镜技术则可以对薄膜的表面形貌、粗糙度、微观孔洞、表面缺陷等进行表征。
总之,半导体外延技术具有重要的发展意义和应用价值,通过对其基本原理、外延材料的种类及其特点、外延膜的表征方法等方面进行深入了解,有助于更好地推动半导体外延技术的发展。
1.外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜,薄膜主要由P型,量子阱,N型三个部分构成。
现在主流的外延材料是氮化镓(GaN),衬底材料主要有蓝宝石,硅,碳化硅三种,量子阱一般为5个,通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。
这是LED产业的核心部分,需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)。
2.外延片的检测一般分为两大类:一是光学性能检测,主要参数包括工作电压,光强,波长范围,半峰宽,色温,显色指数等等,这些数据可以用积分球测试。
二是可靠性检测,主要参数包括光衰,漏电,反压,抗静电,I-V曲线等等,这些数据一般通过老化进行测试。
3.需要指出的是,并没有白光LED芯片,只有白光LED灯珠/管,即需要进行封装才能获得白光小LED灯,也叫灯珠,管子。
白光LED一般通过两种途径获得:一是通过配光,将红绿蓝三色芯片进行配比封装获得白光LED.二是通过荧光粉转换蓝光LED,从而获得白光LED.芯片的制造过程可概分为晶圆处理工序(WaferFabrication)、晶圆针测工序(WaferProbe)、构装工序(Packaging)、测试工序((FrontEnd1程序通常与产品种类和所使用的技术有关,件加工与制作。
2(3。
4测试,看是否能满足客户的特殊需求,以决定是否须为客户设计专用芯片。
经一般测试合格的产品贴上规格、型号及出厂日期等标识的标签并加以包装后即可出厂。
而未通过测试的芯片则视其达到的参数情况定作降级品或废品。
由LED工作原理可知,外延材料是LED的核心部分,事实上,LED的波长、亮度、正向电压等主要光电参数基本上取决于外延材料。
发光二极管对外延片的技术主要有以下四条:∙①禁带宽度适合。
∙②可获得电导率高的P型和N型材料。
∙③可获得完整性好的优质晶体。
∙④发光复合几率大。
外延技术与设备是外延片制造技术的关键所在,金属有机物化学气相淀积(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD)技术生长III-V族,II-VI族化合物及合金的薄层单晶的主要方法。
光电薄膜技术在新型电子器件中的应用近年来,光电薄膜技术日渐成熟,正在广泛应用于新型电子器件中。
光电薄膜技术是一种将光学和电学相结合的技术,可以制造一系列光电器件,如光电二极管、光控开关、传感器等。
光电薄膜技术可以在薄膜上制造精细的结构,这些结构可以用来控制光信号和电信号的流动。
光电器件的性能可以通过薄膜材料的选择和结构的设计来调节和优化。
下面将对光电薄膜技术在新型电子器件中的应用进行介绍。
一、光电二极管光电二极管是一种将光信号转换成电信号的器件。
光电二极管可以实现高速、低噪声的光检测,广泛应用于光通信、光电传感等领域。
在光电薄膜技术中,采用光吸收层和电子收集层的结构设计,可以实现高效率和高灵敏度的光电二极管。
二、光控开关光控开关是一种将光信号转换成电信号控制开关的器件,可以实现光电转换和信号调制。
光控开关可以应用于光通信、光学传感等领域。
在光电薄膜技术中,采用光控制互连的结构设计,可以实现高速、高灵敏度的光控开关。
三、传感器光电传感器是一种将光信号转化为电信号用于检测的器件,可以应用于环境监测、医疗诊断等领域。
在光电薄膜技术中,采用光反射或透射的特性设计传感结构,可以实现高精度和高灵敏度的光电传感器。
四、新型显示器光电薄膜技术可以应用于新型显示器中,如有机发光二极管显示器和柔性显示器等。
在有机发光二极管显示器中,采用特殊的有机材料膜层,可以实现高效率、高对比度、大视角的显示效果。
在柔性显示器中,采用可弯曲、可铺展的薄膜材料,可以实现高可靠性、低功耗、小体积的柔性显示器。
五、新型光伏材料光电薄膜技术可以用于制备新型的光伏材料。
在传统硅基光伏材料中,制造过程复杂、成本高。
而在新型光伏材料中,采用薄膜材料制造,可以降低成本、提高效率。
光电薄膜技术的应用不仅可以改善现有器件的性能,还可以实现新型器件的发展,这将为新型电子器件的发展提供更多可能。
随着技术的不断发展和完善,相信光电薄膜技术将会有更广泛的应用。
薄膜外延生长概念
薄膜外延生长是一种将材料沉积在晶体衬底上的技术,用于制造各种电子元件和半导体器件,包括太阳能电池、光电二极管、光伏电池等。
该技术涉及将薄膜材料从气态转化为固态,使原子或分子在衬底表面上以相对有序的方式排列。
该技术的主要思路是将目标化合物加热到高温状态,从而将其转化为气态。
然后,将气态材料流向晶体衬底,使其在晶体衬底上形成一层薄膜。
薄膜厚度可以通过控制衬底和加热条件来控制。
该技术的主要优点是可以制备高质量、低缺陷和高单晶性的薄膜,用于制造高性能的半导体器件和光电子器件。
同时,由于生长过程发生在大气压下,因此具有成本低廉和广泛适用的优点。
Material Sciences 材料科学, 2013, 3, 116-120doi:10.12677/ms.2013.33022 Published Online May 2013 (/journal/ms.html)Structural and Optical Properties of ZnO Thin Films Grown on MgO(111) Substrates by Molecular Beam EpitaxyDamin Du, Huiqiong Wang*, Hua Zhou, Yaping Li, Wei Huang, Jianfang Xu, Jiafa Cai, Linzhe Cui, ChunmiaoZhang, Xiaohang Chen, Huahan Zhan, Junyong KangKey Laboratory of Semiconductors and Applications of Fujian Province, Department of Physics, Xiamen University, XiamenEmail: *hqwang@.cReceived: Apr. 24th, 2013; revised: Apr. 26th, 2013; accepted: May 7th, 2013Copyright © 2013 Damin Du et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre-stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.Abstract: The growth of high quality ZnO films is highly desirable due to the promising applications of ZnO in opto-electronics. In this paper,ZnO films were grown on the MgO(111) substrates via the growth technique of molecular- beam epitaxy and their structural and optoelectronic properties were characterized. In particular, the influence of growth condition on the film qualify was investigated. The results show that, inducing a low temperature ZnO buffer layer be-fore the high temperature growth of ZnO films will help to improve the film quality. In situ reflection high-energy elec-tron diffraction (RHEED) and ex situ X-ray Diffraction (XRD) measurements indicate that the ZnO film and the MgO substrate follow the epitaxial relationship: ZnO[1-210]//MgO[1-10] and ZnO[1-100]//MgO[11-2]. Transmission Spectra show the characteristic optical bandgap of ZnO.Keywords: MBE; RHEED; XL; Buffer; Dislocation DensityMgO(111)上ZnO薄膜的外延生长及其结构和光学特性杜达敏,王惠琼*,周华,李亚平,黄巍,徐建芳,蔡加法,崔琳哲,张纯淼,陈晓航,詹华瀚,康俊勇厦门大学物理系,福建省半导体材料及应用重点实验室,厦门Email: *hqwang@收稿日期:2013年4月24日;修回日期:2013年4月26日;录用日期:2013年5月7日摘要:由于ZnO在光电器件的应用前景,其高质量薄膜的制备是研究热点之一。