分子束外延生长

摘要： 作为一种高性能二维碳材料,石墨烯以其无与伦比的力学和功能特性受到了学界和工业界广泛的关注。目前,石墨烯及石墨烯增强复合材料正逐步走向应用。然而,随着石墨烯产业的发展,现有制备工艺越来越难以满足工业界批量化生产高质量石墨烯的需求。综合来看,当下石墨烯制备技术存在的主要问题包括:(1)制备面积大、缺陷少、层数均一的石墨烯薄膜尚存在一定的困难;(2)石墨烯较低的产率难以满足日益增长的需求。为解决石墨烯产率及质量问题,研究者在石墨烯制备工艺开发方面开展了大量工作。在此过程中,分子束外延技术、化学气相沉积技术、Hummers方法等诸多石墨烯薄膜制备技术被开发出来,这些技术的应用和发展使批量生产高质量石墨烯薄膜成为了可能。为适应不同技术的使用环境与需求,多种含碳物质作为前驱体被用于石墨烯薄膜的制备过程中。依据室温下状态分类,这些含碳前驱体被分为气体、液体和固体碳源。因较低的储存成本和较高的安全性,固体碳源在石墨烯生产过程中具有独特的优势。目前,包括碳材料、碳化硅(SiC)、有机高分子、生物材料乃至固体含碳废弃物均被用于石墨烯薄膜的制备过程中。本文综述了固体碳源制备石墨烯的研究进展,系统地介绍了利用固体碳源制备高性能石墨烯的工艺路线。同时,阐明了石墨烯在各种制备工艺过程中的形成机理。最后,通过分析各种工艺的优缺点,展望了各种工艺的未来发展方向,以期为未来的研究者开发新的石墨烯制备工艺提供参考。

摘要： 张玉卓赴北京市经济技术开发区、中国电科四十五所调研7月22日,中国科协党组书记、分管日常工作副主席、书记处第一书记张玉卓赴北京市经济技术开发区和中国电科四十五所调研。中国电科董事、党组副书记李守武,副总经理何松,北京经开区管委会副主任刘力分别陪同调研。张玉卓先后参观了北京经开区亦庄新城规划展、改革创新展和中国电科集成电路核心装备成果展、集成电路核心装备产业化装配现场、光刻机整机调试现场和光刻机装配调试净化间,深入了解了北京经开区的发展状况、半导体制造关键设备的研发情况和国产光刻机产业的发展脉络。调研中,张玉卓一行就北京经开区党建工作与发展规划、半导体制造的电子元件设备、分子束外延生长系统等方面与一线科技工作者进行深入交流。

摘要： Period thickness-dependent GaNAs/InGaAs short-period superlattice and solar cells with an absorption edge of around 1 eV were grown by MBE. High-resolution X-ray diffraction ( HRXRD) measurements indicate that the crystalline quality of SPSL is improved while the period thickness increases from 6 nm to 20 nm. However, when the period further rises, the period repeat-ability and interface quality of SPSL degrade. By using a proper thickness and optimization of ther-mal annealing, good optical properties of SPSL with higher N content in the superlattice are achieved. The samples show an absorption edge of around 1 eV. The p-i-n solar cell using the opti-mized SPSL as the active region was fabricated. The short-circuit current density of the device rea-ches 10. 23 mA/cm2 . The ideality factor extrapolated by concentrator test of the p-i-n soalr cells is in good agreement with that of J-V curves under darkness.%采用分子束外延( MBE)生长技术生长了周期厚度不同的1 eV吸收带边的GaN0.03 As0.97/In0.09 Ga0.91 As应变补偿短周期超晶格( SPSL)。高分辨率X射线衍射( HRXRD)测量结果显示，当周期厚度从6 nm增加到20 nm时，超晶格的结晶质量明显改善。然而，当周期厚度继续增加时，超晶格品质劣化。对超晶格周期良好的样品通过退火优化，获得了具有低温光致发光现象的高含N量GaNAs/InGaAs超晶格，吸收带边位于1 eV附近。使用10个周期的GaNAs/InGaAs超晶格(10 nm/10 nm)和GaAs组成的p-i-n太阳电池的短路电流达到10.23 mA/cm2。经聚光测试获得的饱和电流密度、二极管理想因子与由电池暗态电流-电压曲线得到的结果一致。

摘要： Transition metal oxides exhibit abundant physical properties due to the electronic interactions between charge, orbit and spin degrees of freedom. Lanthanum titanate, LaTiO3, a typical strongly correlated electron material, shows Mott-type metal-insulator and antiferromagnetic transitions at low temperature. And these interesting behaviors can be tuned by adjusting the occupation of the t2g orbit of Ti3+, or introducing symmetry breaking or lattice strain into the heterointerfaces. Especially on LaTiO3(110) surface, the anisotropic structure as well as the surface polarity allows the flexible control of artificial low-dimensional structure. However, the instability induced by surface polarity hinders the growth of high-quality LaTiO3(110) film. Here we show that by keeping the growing surface reconstructed in the molecular beam epitaxy (MBE) process, the surface polarity can be effectively compensated for, allowing the high-quality layer-by-layer film growth. Moreover, the intensity of reflective high-energy electron diffraction (RHEED) pattern sensitively changes with the surface cation concentration. Therefore the relative deposition rates of La and Ti sources can be monitored and further be precisely calibrated in situ and in real-time. We first prepare the (2 × 16) reconstruction on SrTiO3(110) surface by depositing La and Ti (2 ML for each) metals. Further increasing the Ti concentration on (2 × 16), i. e., the [Ti]/[La] ratio, results in the significant decrease of RHEED “1 ×” intensity and the increase of “2 ×” intensity. And the change of RHEED intensity is quantitatively reversible through reducing the [Ti]/[La] ratio by the same amount. We set the evaporation rate of Ti source to be slightly higher than that of La for the MBE film growth. And the shutter state of Ti source is controlled to be open or close, which is determined by the change of RHEED intensity. Precise cation stoichiometry is achieved in the LaTiO3(110) film. X-ray diffraction confirms the single crystallinity of the film while scanning tunneling microscope images indicate the atomically flat surface with (2 × 16) reconstruction that is responsible for the stabilization of the polar surface. The annealing of the sample in oxygen at 700 ◦C will oxidize the LaTiO3 film into the thermodynamically stable phase, i. e. , La2Ti2O7, although the as-grown LaTiO3 phase can be stable at room temperature. The high-resolution STM images reveal the detailed structural information of the (2 × 16) film surface–along the [001] direction, the tilt of TiO6 octahedron in LaTiO3 lattice results in the “2 ×” periodicity modulation on the (110) surface. The “× 16” periodicity along [1¯10] might be related to the rotation of TiO6 octahedron in (001) plane or to the strain relief on the surface. Both of the RHEED and STM observations indicate that the film surface is terminated by the TiO6 octahedron, i. e., the (O2) atom layer. Indeed the LaTiO3(110) polar surface can be stabilized by making two holes on the (O2) layer by oxidizing Ti3+ into Ti4+. On the contrary, due to the Coulomb repulsion between electrons on Ti3+ 3d orbit, the (110) surface is difficult to reduce (to introduce extra electrons). Therefore the (LaTiO) termination layer cannot be stable.%LaTiO3是一种典型的强关联电子材料，其(110)薄膜为通过晶格对称性、应变等的设计调控外延结构的物理性质提供了新的机会。本文研究了SrTiO3(110)衬底表面金属La 和Ti沉积所引起的微观结构变化，进而利用电子衍射信号对分子束外延薄膜生长表面阳离子浓度的灵敏响应，发展了原位、实时、精确控制金属蒸发源沉积速率的方法，实现了高质量LaTiO3(110)薄膜的生长和对阳离子化学配比的精确控制。由于LaTiO3中Ti3+3d电子的库仑排斥作用，氧原子层截止的(110)表面更容易实现极性补偿，因此生长得到的薄膜表面暴露出单一类型的氧截止面。

摘要： 2~3微米波段半导体激光器和探测器在航天遥感和气体光谱检测等方面具有重要的应用。中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室研究人员通过对量子阱有源区和分子束外延生长条件的优化,成功研制出波长达2.9微米的激光器,

摘要： 2014年11月27日,山西师范大学＂莳英讲堂＂特邀专家报告会在我校实验楼四层报告厅隆重举行,来自中国科学院半导体所的六位专家分别作了六场高质量的学术报告.六位专家的报告题目为：常凯,＂From Born-Oppenheimer approximation to Quantum spin Hall effect＂;赵建华,＂磁性半导体与分子束外延＂;张新惠,＂分子束外延生长Co2Fe Al薄膜的磁化动力学研究＂;姬扬,＂半导体的故事＂;王开友,＂电场调控磁/自旋特性＂;宋昌斌,＂LED在工厂化循环水养殖中的应用＂．

摘要： 在LaAlO3 (111)衬底上,利用分子束外延(MBE)方法,在生长温度为480°C下,制备了高质量纯TiO2及TiO2掺Cu薄膜,并采用拉曼光谱、光电子能谱(XPS)等手段对样品进行表征.XPS分析结果显示Cu原子为+1价,Ti原子为+4价.拉曼光谱发现,在衬底LaAlO3的122.6 cm-1拉曼位移峰位处,TiO2掺Cu薄膜对衬底有拉曼增强效应出现,而在纯TiO2薄膜样品中,却未出现拉曼增强现象.当将TiO2掺Cu的薄膜样品在室温环境下放置一段时间后,原有的拉曼增强现象消失.综合实验结果初步分析,其原因与掺入Cu原子的化合价为+1价以及其在薄膜中的存在形式为团簇或是取代Ti原子有关,具体原因仍需进一步验证.

摘要： 在LaAlO3（111）衬底上，利用分子束外廷（MBE）方法，在生长温度为480°C下，制备了高质量纯TiO2及TiO2掺Cu薄膜，并采用拉曼光谱、光电子能谱（XPS）等手段对样品进行表征。XPS分析结果显示Cu原子为＋1价，Ti原子为＋4价。拉曼光谱发现，在衬底LaAlos的122．6cm。拉曼位移峰位处，TiO2掺Cu薄膜对衬底有拉曼增强效应出现，而在纯TiO2薄膜样品中，却未出现拉曼增强现象。当将TiO2掺Cu的薄膜样品在室温环境下放置一段时间后，原有的拉曼增强现象消失。综合实验结果初步分析，其原因与掺入Cu原子的化合价为＋1价以及其在薄膜中的存在形式为团簇或是取代Ti原子有关，具体原因仍需进一步验证。

摘要： 近年来,拓扑绝缘体作为一种新型的量子材料体系,受到越来越多的关注.拓扑绝缘体,如Bi2Te3、Bi2Se3等因其具有时间反演对称所保护的、非平凡的、自旋与动量耦合的表面态,而具备许多其他材料不具备的特殊性质.理论研究证明,拓扑绝缘体的狄拉克锥形的表面态可以具有很强的光吸收,并且表面吸收取决于精细结构常数,与入射光子能量无关.本工作报告了GaN衬底上分子束外延生长的高性能Bi2Te3光电导探测器。室温下，测试了不同厚度的GaN基Bi2Te3器件在1550 nm 的光电响应，计算了其响应率,比脉冲激光沉积生长的探测器高1-2 个量级4。

摘要： 综述了锑化物窄带隙半导体材料的基本特性.介绍了围绕锑化物超晶格、量子阱、纳米线、量子点等系列低维结构的分子束外延生长技术、光电特性表征、发光和探测以及HEMT等光电器件制备的最新成果,主要包括:实现了锑化物InAs/GaSb超晶格1-20微米宽谱范围的高探测效率红外探测器、单色双色及三色焦平面阵列成像器件,锑化物InGaAsSb量子阱2-3微米短波红外FP大功率及DFB窄线宽激光器,InAs/AlSb电子和空穴高迁移率HEMT器件,0.8-1.5微米近红外波段GaAs纳米线InAs量子点耦合结构的单光子及纠缠光子对发射的量子光源器件,近红外雪崩倍增APD器件等.基于上述研究成果并综合对比国外发展现状,评估了以分子束外延为核心技术环节的锑化物半导体材料器件的产业化前景,提出了从外延材料、到光电器件全链条自主制造面临的问题和建议.

摘要： InGaAsBi是一种新型的Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料,它的一些特殊性质可用于HEMT等电子和光电子器件.重点研究了InGaAsBi材料的GSMBE生长及其特性,特别是衬底生长温度、CBr4压力和Bi炉温度对InGaAsBi材料和碳掺杂InGaAsBi材料表面、结构和化学特性、以及电学特性和光学特性的影响.

摘要： Si和Ge是间接带隙半导体,它们的发光效率不高.但是,在Ge中引入一定含量的Sn可以使其变成直接带隙,大大提高发光效率.目前,在使用分子束外延生长GeSn合金的研究中,常使用与GeSn合金的晶格常数接近的锗或者三五族材料作为衬底.但是,锗衬底和三五族衬底不仅价格昂贵,微加工手段复杂,也无法与标准CMOS工艺相结合,无法直接转移到硅衬底上.本文研究在硅衬底上低温外延高锗含量的GeSi合金，以此作为生长GeSn合金的缓冲层。

摘要： InGaAs红外光电探测器及其阵列波长在航天遥感、夜视、光谱测量等领域都有重要的应用.材料生长过程中,衬底温度是除Ⅴ/Ⅲ和生长速率外的一个重要的工艺参数.对于InP基InAlAs异变缓冲层上生长高In组分InGaAs材料为基础的异质探测器结构,需要对各层材料分子束外延生长温度进行严格的控制以防止组分分凝和结晶退化带来的影响.

摘要： 近年来,Ⅲ族氮化物半导体以其独特的材料特性和优异的器件性能而倍受关注.其中,基于氮化物的共振隧穿二极管(RTD）有望实现室温下太赫兹波的连续波可调大功率发射,成为氮化物研究一大热点.本文主要研究了GaN/AlGaN共振隧穿二极管的电学特性.分别在蓝宝石衬底和同质衬底上外延生长了AlGaN/GaN双势垒结构,通过标准半导体工艺制备了不同台面的RTD器件.

摘要： 近年来,Ⅲ族氮化物半导体以其独特的材料特性和优异的器件性能而倍受关注.其中,基于氮化物的共振隧穿二极管(RTD）有望实现室温下太赫兹波的连续波可调大功率发射,成为氮化物研究一大热点.本文主要研究了GaN/AlGaN共振隧穿二极管的电学特性.分别在蓝宝石衬底和同质衬底上外延生长了AlGaN/GaN双势垒结构,通过标准半导体工艺制备了不同台面的RTD器件.

摘要： 近年来,Ⅲ族氮化物半导体以其独特的材料特性和优异的器件性能而倍受关注.其中,基于氮化物的共振隧穿二极管(RTD）有望实现室温下太赫兹波的连续波可调大功率发射,成为氮化物研究一大热点.本文主要研究了GaN/AlGaN共振隧穿二极管的电学特性.分别在蓝宝石衬底和同质衬底上外延生长了AlGaN/GaN双势垒结构,通过标准半导体工艺制备了不同台面的RTD器件.

摘要： 近年来,Ⅲ族氮化物半导体以其独特的材料特性和优异的器件性能而倍受关注.其中,基于氮化物的共振隧穿二极管(RTD）有望实现室温下太赫兹波的连续波可调大功率发射,成为氮化物研究一大热点.本文主要研究了GaN/AlGaN共振隧穿二极管的电学特性.分别在蓝宝石衬底和同质衬底上外延生长了AlGaN/GaN双势垒结构,通过标准半导体工艺制备了不同台面的RTD器件.

摘要： 近年来,Ⅲ族氮化物半导体以其独特的材料特性和优异的器件性能而倍受关注.其中,基于氮化物的共振隧穿二极管(RTD）有望实现室温下太赫兹波的连续波可调大功率发射,成为氮化物研究一大热点.本文主要研究了GaN/AlGaN共振隧穿二极管的电学特性.分别在蓝宝石衬底和同质衬底上外延生长了AlGaN/GaN双势垒结构,通过标准半导体工艺制备了不同台面的RTD器件.

摘要： 本发明公开了一种用等离子体辅助分子束外延以准范德华外延生长高质量ZnO单晶薄膜的方法。将清洗处理后氮气吹干的氟晶云母衬底放入分子束外延设备中，衬底温度加热至300～800°C，将纯O2经过射频活化形成的氧等离子体作为O源，调节生长室真空度为1×10‑6～1×10‑5Torr，以纯金属Zn为金属源，在衬底上外延ZnO单晶薄膜。采用本发明方法可以以准范德华外延方式生长高质量的ZnO单晶薄膜，为低成本、大尺寸、柔性、自支撑ZnO基量子阱光电器件奠定基础。

摘要： 本发明公开了一种样品生长装置、样品生长方法及分子束外延系统。所述样品生长装置包括真空腔室以及位于真空腔室内的旋转部分和倾斜调节部分，旋转部分包括旋转台、旋转机构和承载于旋转机构上的基片，旋转机构设置于旋转台上且驱动基片绕旋转台周向公转；倾斜调节部分包括倾斜调节机构及与倾斜调节机构相连的分子束源炉，倾斜调节机构在基片公转的过程中调整分子束源炉的倾斜角度，使分子束源炉入射的分子束全覆盖住不同公转位置处的基片。本发明的结构简单紧凑，成本较低，且装卸方便，定位精度高，生产多片样品可通过单个分子束源炉调整角度，进行喷射位置的改变，很好地保证喷射的均匀性。

摘要： 本发明公开了一种用等离子体辅助分子束外延以准范德华外延生长高质量ZnO单晶薄膜的方法。将清洗处理后氮气吹干的氟晶云母衬底放入分子束外延设备中，衬底温度加热至300～800°C，将纯O2经过射频活化形成的氧等离子体作为O源，调节生长室真空度为1×10‑6～1×10‑5Torr，以纯金属Zn为金属源，在衬底上外延ZnO单晶薄膜。采用本发明方法可以以准范德华外延方式生长高质量的ZnO单晶薄膜，为低成本、大尺寸、柔性、自支撑ZnO基量子阱光电器件奠定基础。

摘要： 本发明公开了一种样品生长装置、样品生长方法及分子束外延系统。所述样品生长装置包括真空腔室以及位于真空腔室内的旋转部分和倾斜调节部分，旋转部分包括旋转台、旋转机构和承载于旋转机构上的基片，旋转机构设置于旋转台上且驱动基片绕旋转台周向公转；倾斜调节部分包括倾斜调节机构及与倾斜调节机构相连的分子束源炉，倾斜调节机构在基片公转的过程中调整分子束源炉的倾斜角度，使分子束源炉入射的分子束全覆盖住不同公转位置处的基片。本发明的结构简单紧凑，成本较低，且装卸方便，定位精度高，生产多片样品可通过单个分子束源炉调整角度，进行喷射位置的改变，很好地保证喷射的均匀性。

摘要： 本发明公开了一种双快门分子束外延源炉系统及分子束外延设备，包括腔室，源炉，第一快门和第二快门；源炉的炉口朝向腔室内设置，第一快门和第二快门向腔室内延伸，且第一快门和第二快门至少部分露出于腔室外壁；通过在腔室外操作第一快门，可将第一快门调整至完全遮挡源炉的蒸发路径的第一位置或者完全离开蒸发路径的第二位置；通过在腔室外操作第二快门，可将第二快门调整至覆盖源炉3炉口正上方的第三位置或者靠近源炉3炉口加热器的第四位置。根据本公开的双快门源炉系统能够保护源炉内的源料不受材料碎片污染、优化外延薄膜质量、同时有效提升蒸发束流的稳定性和重复性。

摘要： 本实用新型公开了一种基于分子束外延技术的半导体生长设备。所述半导体生长设备包括真空腔室以及旋转单元和倾斜调节单元；所述旋转单元包括旋转台、旋转机构和基片，所述旋转机构包括第一驱动电机和样品托，所述基片设置在所述样品托上，所述样品托上未被基片覆盖的区域还设置有至少一第一校准通孔；所述倾斜调节单元包括倾斜调节机构、分子束源炉和第一激光器，所述倾斜调节机构与分子束源炉连接；所述第一激光器发光的第一激光能够穿过所述第一校准通孔，并在真空腔室内形成第一光斑。本实用新型提供的半导体生长设备，结构简单安装方便，定位快速且准确，可以有效的保证分子束源炉初始时的精确喷射，大大提升样品生长的效率。

摘要： 本发明公开了一种用于垂直型分子束外延生长设备的薄膜材料生长用钼盘托，属于半导体材料生长领域。两用生长钼盘由两部分构成，第一部分为主体部分圆形钼盘托，背面有测温片放置槽；第二部分为背面有测温孔的测温片，使用接触控温时将测温片放入第一部分测温槽中使用。所述两用为：当主体部分不使用测温片时进行非接触式测温，可进行高温材料生长；当两部分组合使用时可采用接触测温，生长温度要求高及材料生长窗口范围窄的材料。本发明在进行材料生长时，不需要二次粘片，解决了衬底掉片的问题；与此同时，使用本发明的钼盘托，安装测温片时在有氮气保护的loading腔内安装即可，不会暴露于大气中，有效的解决了沾污问题。

摘要： 集成生长与测量的分子束外延生长系统，包括分子束外延生长腔室、样品操纵杆、可倾斜的样品台、入射光、反射光、一对电磁铁、偏振片、检偏器、激光二极管、光电探测器、分子束外延的生长源；分子束外延生长腔室上设有一对视窗，这对视窗是分子束外延生长系统上激光入射光和出射光的高透明、对光低散射的视窗；原位磁光表征系统安装在分子束外延生长系统的腔室上；原位磁光表征系统包含产生S型线偏振光的激光二极管、调节线偏振光的起偏偏振片；所述起偏偏振片产生激光入射光射至样品表面，所述检偏器对出射光检偏；原位磁光表征系统包含光电探测器，探测器将出射光的信号输入到锁相放大器；样品台侧设有电磁铁。样品操纵杆与可倾斜的样品台固定。

摘要： 本发明提出了一种分子束外延系统及分子束外延表面的温度控制方法。分子束外延系统用于在衬底上外延生长至少一种外延物质，分子束外延系统包括：束流源、第一加热组件和第二加热组件，束流源用于向衬底发射外延物质，第一加热组件设于衬底的生长面的背面，用于从背面加热衬底；第二加热组件设于衬底的生长面的正面，用于从正面加热衬底。根据本发明的分子束外延系统，可以通过第一加热组件和第二加热组件对衬底进行加热，使衬底快速达到目标温度。减少工艺时间，减少较高温度对材料表面的影响，提高了分子束外延生长质量，可适用于分子束外延生长材料生长参数差异性较大材料的超晶格结构、异质结结构的材料当中。

摘要： 集成生长与测量的分子束外延生长系统，包括分子束外延生长腔室、样品操纵杆、可倾斜的样品台、入射光、反射光、一对电磁铁、偏振片、检偏器、激光二极管、光电探测器、分子束外延的生长源；分子束外延生长腔室上设有一对视窗，这对视窗是分子束外延生长系统上激光入射光和出射光的高透明、对光低散射的视窗；原位磁光表征系统安装在分子束外延生长系统的腔室上；原位磁光表征系统包含产生S型线偏振光的激光二极管、调节线偏振光的起偏偏振片；所述起偏偏振片产生激光入射光射至样品表面，所述检偏器对出射光检偏；原位磁光表征系统包含光电探测器，探测器将出射光的信号输入到锁相放大器；样品台侧设有电磁铁。样品操纵杆与可倾斜的样品台固定。