硅基InSb薄膜外延集成生长研究

发布时间：2020-03-18 11:17

【摘要】：在已知的所有III-V族化合物半导体中,InSb具有最高的电子迁移率和最小的能带间隙。因为这些特性,InSb基材料特别适合用于红外探测器,高速器件和磁性传感器等方面的应用。本文采用分子束外延(MBE)方法在Si(111)衬底上创新性的使用超薄Bi(001)薄膜作为缓冲层生长制备了异质外延InSb薄膜,采用扫描隧道显微镜(STM)与X射线衍射(XRD)等方法研究了InSb薄膜的表面形貌与结晶质量。通过优化生长条件,对InSb薄膜单一极性控制生长及初始形核阶段进行深入研究,同时对InSb薄膜的光学性能与电学性能也进行了研究。论文的主要研究内容包括:1.首先我们利用MBE技术,在Si-(7×7)的表面生长得到结晶质量良好且面内晶格与InSb(111)晶格(晶格常数4.57?)相匹配的Bi(001)薄膜。该Bi(001)薄膜可用来作为生长In Sb薄膜的缓冲层,并且通过STM和XRD表征了Bi(001)薄膜的形貌及晶体结构,为接下来生长InSb(111)薄膜提供了良好的条件。2.通过分子束外延的方法,在晶格和InSb(111)严重失配的Si(111)衬底进行InSb(111)薄膜的原位制备方法,薄膜制备过程的生长机制方面的研究,并且进行了相关的测试工作。我们在生长得到的Bi(001)薄膜的基础上,在合适的生长条件下,生长得到结晶质量良好,表面光滑的InSb(111)薄膜。InSb(111)薄膜表面非常平整,有大尺寸台阶出现,并且我们得到了InSb(111)-(2×2)再构原子分辨图片。随着InSb薄膜厚度的增加,InSb薄膜结晶质量越来越高,InSb薄膜质量进一步提高。同时,我们对不同厚度的InSb薄膜进行了光电相应测试及霍尔测试。300K下300nm InSb薄膜迁移率为1.7379×10~3cm~2/V·s。3.在得到较高质量InSb(111)薄膜的基础上,进一步研究了InSb(111)薄膜的单一极性生长模式,并且对InSb薄膜在外延生长过程中的形貌演化进行了研究。我们通过优化生长方式,随着生长温度的增加,我们分别得到了InSb(111)薄膜(2×6)再构和(2×2)再构,证明我们得到InSb薄膜为单一极性薄膜。并且,随着生长温度的增加,薄膜表面由室温下的三维岛状生长模式变为二维层状生长模式。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2

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本文编号：2588646