硅基应变与弛豫材料的缺陷机理与表征研究

摘要

应变SiGe和应变Si以其相对于体Si的诸多优点,成为遵循摩尔定律发展的新材料技术。由于SiGe与衬底之间存在较大的晶格失配,所以异质外延得到的薄膜往往具有很高的位错密度,这些位错极大地限制了器件的性能和可靠性。为了更好的降低和控制穿透位错密度,对硅基应变与弛豫材料缺陷机理及表征方法的研究显得尤为重要。
　　 论文深入研究了硅基应变与弛豫材料中各种缺陷机理,重点对其中位错缺陷的类型、形成机理、特征、行为、成核及增殖机制进行了研究,同时还对缺陷的观察及位错密度的表征方法进行了重点研究。
　　 本文中硅基应变与弛豫材料由RPCVD设备生长,使用透射电子显微镜对材料内部的缺陷及行为进行研究分析,通过腐蚀法对位错密度进行表征研究。实验结果表明,Ge组分梯度渐变缓冲层工艺和低温Si缓冲层工艺能大大降低穿透位错的密度。
　　 通过改变腐蚀液配方及腐蚀时间等实验对表征方法进行了研究,提出了使用梯度腐蚀法测量位错密度。通过使用梯度腐蚀法,可以在同一个样片上进行多个时间的腐蚀实验,对比不同腐蚀时间样片的腐蚀效果,方便确定不同层结构样品的腐蚀时间,提高腐蚀后样片的观测效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 硅基应变材料的性质与缺陷机理研究

2.1 硅基应变材料的性质

2.1.1 应变硅和应变锗硅的形成

2.1.2 晶格常数

2.1.3 能带结构

2.1.4 迁移率的增强机理

2.2 缺陷机理

2.2.1 点缺陷

2.2.2 线缺陷

2.2.3 面缺陷

2.2.4 体缺陷

第三章 硅基应变与弛豫材料中位错的行为研究

3.1 位错的滑移与攀移

3.1.1 位错的滑移(Dislocation Glide)

3.1.2 位错的攀移

3.2 位错的产生机制

3.2.1 Frank-Read增殖机制

3.2.2 MFR(modified Frank-Read)增殖机制

3.2.3 其他滑移机制

3.3 位错间的交互作用

3.3.1 位错间的吸引与排斥

3.3.2 位错的交割

3.3.3 割阶与扭折

第四章 硅基应变材料缺陷的表征研究

4.1 透射电子显微镜表征研究

4.1.1 TEM的结构

4.1.2 TEM工作原理

4.1.3 样品的制备

4.1.4 TEM实验研究

4.2 位错密度的微分干涉显微镜表征研究

4.2.1 腐蚀法原理

4.2.2 腐蚀液配方

4.2.3 微分干涉显微镜(DIC)

4.2.4 实验步骤

4.3 腐蚀图形分析

4.3.1 Dash腐蚀液的腐蚀

4.3.2 铬酸腐蚀液

4.3.3 梯度法腐蚀

4.3.4 对腐蚀液配方的改进

4.3.5 适用于硅基应变材料的腐蚀方法

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果和参加的科研项目