收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

分子束外延生长Er_2O_3高k栅介质材料的物理特性研究及硅基磁性半导体材料的制备

陈圣  
【摘要】: 分子束外延(Molecular beam epitaxy, MBE)是一种在超高真空条件下,使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜的技术。由于它能对薄膜生长进行精确的控制,并且是一种远离平衡态的生长技术,因而它具有许多独特的技术优势。我们使用分子束外延的技术,进行了外延氧化铒(Er_2O_3)高k材料和硅(Si)基磁性半导体薄膜的生长。 稀土氧化物具有介电常数高、禁带宽度大,相对硅的能带偏移大的优点,外延生长的Er_2O_3薄膜,可能是一种很有应用前景的栅介质。 我们在不同的氧气压及不同的衬底温度下,用在真空中蒸发金属铒源和通入流量可控的低压氧气来生长Er_2O_3薄膜。在氧气压为7×10~(-6)Torr,衬底温度为700℃的条件下,我们在Si(001)和Si(111)衬底上分别获得了单一取向、结晶状况良好的外延Er_2O_3薄膜。Er_2O_3薄膜在Si(001)衬底上的外延关系为Er_2O_3(110)∥Si(001),Er_2O_3[001]∥Si[110]或者Er_2O_3[110]∥Si[110]。其在Si(111)衬底上的外延关系为Er_2O_3(111)∥Si(111),Er_2O_3[110]∥Si[110]。 在Si(001)衬底上外延的Er_2O_3薄膜,从AFM图像可以看出表面遍布着十纳米级的相互垂直的长方晶粒。经过氧气氛下450℃的退火处理后,TEM照片显示整个薄膜都具有非常良好的外延状况,薄膜与硅衬底之间没有明显的界面层生成。生长在Si(111)衬底上的Er_2O_3薄膜与Si衬底间具有更明锐的界面。为了检验在Si(001)衬底上外延的Er_2O_3薄膜的电学性质,我们对薄膜进行了C-V和I-V的测试。通过C-V特性的测试,薄膜表现出14.4的介电常数和2.0nm的等效氧化层厚度。对薄膜的I-V测试表明了薄膜的漏电流很小(积累端加1V偏压时为10~(-4)A/cm~2量级,反型端始终保持在8×10~(-6)A/cm~2)。从样品的C-V及XRD测试,我们发现外延Er_2O_3薄膜具有优秀的时间稳定性,在长期暴露大气后表面形貌、结构和电学性质均未见退化。 由于高k材料的热稳定性对它们的实际应用很重要,我们对硅基外延的Er_2O_3薄膜的热稳定性进行了研究。我们发现Er_2O_3/Si(001)薄膜在氮气氛下,450℃退火30分钟就会有硅酸盐生成。但在氧气氛下退火,温度直到600℃都不会有硅酸盐的生成。如果退火温度高到900℃,那么不论是在氮气氛还是氧气氛下,Er_2O_3薄膜都会和Si衬底反应生成硅酸盐和氧化硅。Er_2O_3/Si(111)薄膜的热稳定性比Er_2O_3/Si(001)薄膜差,薄膜在氧气氛下450℃的退火就会引起Er_2O_3与Si衬底的反应。 鉴于硅基磁性半导体的重要应用前景,我们尝试着生长了Mn掺杂的Si薄膜和Fe掺杂的Si薄膜,希望能够为在Fe-Si体系中实现磁性半导体积累一些经验。Mn掺杂含量为5%的Si薄膜经过225℃、60min的退火后,在10K下观察到了铁磁性。通过导纳谱的测试,我们得知Fe在Si中掺杂能级的激活能为26meV。通过在不同生长条件下的Fe-Si薄膜的生长实验,我们发现当使用0.2(?)/s的Si生长速率,150℃或200℃的衬底温度时,可以得到表面平整的样品。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 成英;绝缘膜薄膜化达到极限希望寄托于高k材料[J];电子设计应用;2004年09期
2 董国胜,侯晓远,丁训民,陈平,张恩善,谢琪;用于物理研究的分子束外延模拟实验装置[J];真空科学与技术;1990年02期
3 石生亮;略谈分子束外延技术的发展[J];微细加工技术;1986年04期
4 张维恒;分子束外延技术的新进展[J];电子学报;1984年04期
5 ;新型磁性半导体材料给量子计算带来希望[J];电子器件;2001年03期
6 朱晖文,赵柏儒,刘晓彦,康晋锋,韩汝琦;硅上后热氧化钛膜制备氧化钛及其电学特性(英文)[J];半导体学报;2002年04期
7 张林,张连生;纳米Zn_(1-x)Fe_xSe薄膜的制备和结构研究[J];功能材料;2005年03期
8 ;第八届全国分子束外延学术会议征文通知[J];红外;2009年04期
9 吴述尧;赵中仁;;用于分子束外延的喷射炉的研制[J];真空科学与技术学报;1981年02期
10 朱维和;;稀释磁性半导体[J];大自然探索;1984年03期
11 高凯平;;用分子束外延在Si(100)衬底上生长CdTe和HgCdTe[J];液晶与显示;1990年04期
12 周均铭;分子束外延技术及其进展[J];真空科学与技术;1991年05期
13 刘志凯,周剑平,柴春林,杨少延,宋书林,李艳丽,陈诺夫;磁性半导体Gd_xSi_(1-x)的XPS研究[J];真空科学与技术;2004年02期
14 宋红强;王勇;颜世申;梅良模;张泽;;退火对高Co含量Ti_(1-x)Co_xO_2磁性半导体的影响[J];物理学报;2008年07期
15 郭宝增;;分子束外延(MBE)技术的最新发展[J];半导体光电;1990年04期
16 江明珞;;一种分子束源组件及其设计考虑[J];真空科学与技术学报;1982年04期
17 明霞;用分子束外延技术生长蓝紫激光二极管[J];光机电信息;2004年07期
18 刘力锋,陈诺夫,张富强,陈晨龙,李艳丽,杨少延,刘志凯;低能离子束方法制备磁性Fe-Si合金薄膜[J];功能材料;2004年04期
19 周子新;分子束外延技术及我们的初步实验[J];微细加工技术;1986年02期
20 宋登元;原子层分子束外延技术[J];微电子学与计算机;1991年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王玮竹;邓加军;郑玉宏;鲁军;赵建华;;Mn掺杂GaAs薄膜的磁性质及微观结构调控[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
2 张飞;郑厚植;刘剑;姬扬;赵剑华;李桂荣;;高密度自旋极化电子气的物理性质[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
3 甘华东;郑厚植;姬扬;刘剑;朱科;谈笑天;孙晓明;李桂荣;赵建华;;极低密度电流驱动的(Ga,Mn)As的四度磁化开关[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
4 甘华东;郑厚植;刘江涛;常凯;姬扬;刘剑;孙宝权;赵建华;;(Ga,Mn)As外延薄膜MCD随磁场变化的特异振荡现象[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
5 罗莹;;受限势的形状和磁场对量子盘的电子和施主谱的影响[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
6 甘华东;郑厚植;毕京锋;邓加军;朱汇;姬扬;赵建华;;(Ga,Cr)As外延薄膜的铁磁性来源[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
7 徐应强;彭红玲;杨晓红;倪海桥;韩勤;牛智川;吴荣汉;;1.5μm GaInNAs/GaAs多量子阱共振腔增强探测器[A];光电技术与系统文选——中国光学学会光电技术专业委员会成立二十周年暨第十一届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];2005年
8 孙娟;谢自力;邱凯;尹志军;;(311)A GaAs衬底掺Si GaAs/AlGaAs p沟HFET结构材料特性[A];第十五届全国化合物半导体材料,微波器件和光电器件学术会议论文集[C];2008年
9 贾连锁;杨炜;陈小龙;严秀莉;;去氧气氛中直接生长超导的Nd_(2-x)Ce_xCuO_(4-y)单晶[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
10 陈弘;张云;;侧向外延一维量子线截面样品制备技术[A];第八次全国电子显微学会议论文摘要集(Ⅱ)[C];1994年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈圣;分子束外延生长Er_2O_3高k栅介质材料的物理特性研究及硅基磁性半导体材料的制备[D];复旦大学;2007年
2 朱燕艳;Er_2O_3高k栅介质材料的分子束外延生长、结构及其物理特性[D];复旦大学;2006年
3 林雪玲;氧化锌基磁性半导体的电子结构和磁性研究[D];山东大学;2011年
4 乔瑞敏;新型磁性半导体材料与金刚烃的软X射线光谱学研究[D];山东大学;2012年
5 白洪亮;ZnO基磁性半导体外延生长、磁性、输运和光致发光谱研究[D];山东大学;2012年
6 贺树敏;ZnO基磁性半导体和多铁性氧化物异质结构的外延制备与物性研究[D];山东大学;2012年
7 秦羽丰;锗基磁性半导体及其异质结构的磁性与电输运性质研究[D];山东大学;2011年
8 颜士明;磁性半导体(In_(1-x)Fe_x)_2O_3与xFeTiO_3-(1-x)Fe_2O_3的制备、结构和磁性的研究[D];兰州大学;2010年
9 苏卫锋;硅基稀磁半导体薄膜的制备及其结构和输运性质的研究[D];复旦大学;2010年
10 赵嘉峰;过渡金属化合物的电子结构研究与调制[D];复旦大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王佳乐;锰(铁)硅薄膜微结构研究[D];复旦大学;2009年
2 方岩;基于MnGe的磁性半导体的研究[D];山东大学;2006年
3 刘霞;铁磁/磁性半导体/铁磁自旋阀结构中Rashba自旋轨道相互作用对电子输运性质的影响[D];河北师范大学;2006年
4 张鑫;反铁电薄膜在高K材料上的制备以及在信息存储中的应用[D];复旦大学;2009年
5 王元民;Fe掺杂In_2O_3室温磁性半导体[D];山东大学;2007年
6 贺晓彬;砷化镓基磁性半导体特性研究[D];河北工业大学;2007年
7 吴殿仲;带有InGaAs覆盖层的InAs量子点红外探测器材料的分子束外延生长[D];首都师范大学;2009年
8 徐朋;GaAs/Al_xGa_(1-x)As超晶格薄膜界面间扩散的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 杨成良;GaAs(111)面量子阱材料的生长及其光电特性的研究[D];首都师范大学;2009年
10 刘伟;GaSb基锑化物量子阱激光器材料的研究[D];长春理工大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 郑家荣;磁性半导体研究获得进展[N];大众科技报;2009年
2 本报记者 许琦敏;李存才:有他,实验室很“幸福”[N];文汇报;2010年
3 李斌 赵明亮;我砷化镓单晶材料分子束外延技术步入产业化[N];中国电子报;2002年
4 早报记者 俞立严;沪女科学家成美国院士[N];东方早报;2007年
5 本报记者 李虎军;首位当选美国院士的中国女科学家[N];南方周末;2007年
6 南方日报记者 曹斯 张胜波 李强 实习生 朱懋;斤斤计较成本不可能有发明[N];南方日报;2010年
7 ;高温煤气脱硫剂及制备[N];中国有色金属报;2003年
8 本报记者 张强;抢占量子级联激光器市场化制高点[N];科技日报;2007年
9 本报记者 张佳星;巨磁电阻:海量信息“指尖化”[N];科技日报;2007年
10 涂有瑞;磁传感器的新进展[N];中国电子报;2000年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978