UHV-CVD系统自组装生长Si基Ge量子点

摘要

本论文利用超高真空化学气相沉积(UHV-CVD)设备，系统地研究了外延生长条件对Si基Ge量子点特性的影响。以自组装S-K(Stranski-Krastanov)先层后岛生长模式的热力学及动力学理论为基础，详细分析了生长条件对量子点形貌、密度、尺寸分布等的影响，得到了实验结果的支持。 　在GeH4流量和温度不变的情况下，随着外延时间增长，岛的尺寸增大。当岛的尺度增加到一定值时，大岛尺寸不会明显变化，而小岛尺寸和密度一直在增加。热力学平衡理论认为岛的尺寸有一最佳平衡尺寸。 　在GeH4流量和生长时间不变的情况下，随着温度升高3D岛的平均尺寸增大，并且密度降低。温度较低时形成金字塔形3D岛，温度较高时更容易形成圆顶形。由动力学理论可知，在3D岛自由长大期间，以该3D岛为圆心、吸附原子的自由迁移长度1为半径的区域内的所有吸附原子都可以被这个3D岛所俘获，且温度较高时，原子有足够的几率遍历衬底，与相近的岛结合，因此当温度越高时，3D岛的平均尺寸增大，并且密度降低。相反的，温度较低，岛的尺寸较小，密度较大。 在温度和生长时间不变的情况下，GeH4流量增加，生长速率变快，岛的密度和尺寸显著增大，且3D岛的尺寸分布更加不均匀。较小的沉积速率，可以使得岛的尺寸形状更均匀，而在大的沉积速率下，岛的尺寸形状更加不规则。 另外在理论上模拟了全息光刻法制备二维硅基图形阵列的光强分布和显影过程，得到优化的显影时间和酸性腐蚀时间，通过改变激光波长或入射的角度可以方便的获得不同的图形周期。在此基础上，采用全息光学元件(HOE)系统进行三束光一次曝光和湿法腐蚀图形转移技术，在n型(100)硅衬底上制备出了周期在亚微米量级的均匀二维图形阵列。制备出图形衬底，为下一步在图形衬底上生长分布有序的Ge量子点打下了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 SiGe材料外延生长研究进展

1.2半导体量子点材料

1.3本论文的主要工作

第二章Si基Ge量子点生长热力学及动力学理论研究

2.1 Si Ge材料的基本性质

2.2 Ge量子点自组装生长机理研究

2.3 Ge量子点的SK生长模式

2.4生长条件对量子点生长的影响

2.5半导体量子点的量子态及波函数

第三章UHVCVD系统生长Si基Ge量子点及表征

3.1 UHV-CVD系统及表征方法简介

3.2 Ge量子点材料的生长

3.3本章小结

第四章图形衬底的制备

4.1全息法制备图形衬底的理论分析

4.2实验结果与讨论

4.3本章小结

第五章结语

附录：论文发表情况

致谢