电共沉积法制备GaAs薄膜材料研究

摘要

作为第二代半导体材料的典型代表，砷化镓(GaAs)材料较硅(Si)具有更好的半导体特性和光电特性，在多种高速器件和光电器件中有着广泛的应用。但是，传统的GaAs薄膜制备方法具有设备复杂、成本高、能耗大、工艺周期长和污染环境等缺点，限制了GaAs薄膜的广泛应用。而采用电共沉积法制备GaAs薄膜可以克服这些缺点。 虽然电沉积方法是一种历久弥新的膜材料制备工艺，但电沉积GaAs薄膜却鲜有研究，电沉积GaAs薄膜的质量也有待提高。研究电共沉积GaAs薄膜的工艺条件，分析影响沉积过程和沉积膜质量的因素，改善电共沉积GaAs薄膜的质量，并测试沉积膜的物理及化学特性，为电共沉积GaAs薄膜的应用打下基础，具有重要的意义。 本文以电共沉积合金理论为基础，选取对电沉积影响较明显的因素，如电流密度、电解液浓度与组分、电极材料等，进行正交实验。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等对实验获得的沉积膜进行表征，分析了各个因素对电共沉积GaAs薄膜的影响，得出本实验在电解液中含有络合剂EDTA和不含EDTA两种情况下的最优工艺条件。最后，测试了在最优工艺条件下制备的沉积膜的结构与组分、导电类型以及和基片间的I-V特性。对电共沉积GaAs薄膜进行了有一定意义的、实验性的研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本课题研究的背景及意义

1.2国内外相关领域的研究进展及成果

1.2.1 GaAs材料的研究进展

1.2.2电沉积方法的研究进展

1.3存在的不足和有待深入研究的问题

1.4课题的来源和主要研究内容

第2章电沉积的基本原理

2.1电化学基础

2.1.1电沉积系统中电化学池的组成

2.1.2法拉第定律与电流效率

2.1.3电极电位与电极极化

2.2金属离子沉积的电化学过程

2.2.1传质过程

2.2.2电极的双电层模型与界面反应

2.3电沉积结晶生长过程

2.3.1电沉积结晶形核

2.3.2螺旋位错生长

2.3.3电沉积结晶生长

2.3.4电沉积膜层的形态

2.4本章小结

第3章电共沉积GaAs薄膜原理与实验方案

3.1合金电共沉积的基本条件

3.2电共沉积GaAs的基本原理

3.3电共沉积GaAs的实验方案

3.4本章小结

第4章GaAs薄膜电共沉积制备

4.1电共沉积GaAs实验

4.1.1所用试剂与仪器

4.1.2电解液的配制

4.1.3电极的处理

4.1.4电沉积的实验装置

4.2电共沉积GaAs的最优工艺条件

4.3影响电共沉积GaAs薄膜成分的因素

4.3.1电极材料对电共沉积GaAs的影响

4.3.2电解液中金属离子浓度和浓度比对电共沉积GaAs的影响

4.3.3 H2析出对电共沉积GaAs的影响

4.3.4电沉积过程中的烧焦现象和电火花现象

4.3.5络合物EDTA对电共沉积GaAs的影响

4.4本章小结

第5章电共沉积GaAs薄膜的测试与分析

5.1电共沉积GaAs薄膜的结构与组分分析

5.2电共沉积GaAs薄膜导电类型测量

5.3电共沉积GaAs薄膜与衬底间的Ⅰ-Ⅴ特性

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢