晶格异变algainas外延层的生长与应力弛豫研究
02-晶体生长(结晶学与矿物学)
第二章 晶体生长理论
2-1 晶体的形成方式
(a)
(b)
第二章 晶体生长理论
2-2 晶核的形成
晶体生长过程的第一步，就是形成晶核。
成核是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶芽，这一相变 过程中体系自由能的变化为： ΔG= ΔGv +ΔGs ΔGs为新相形成时新旧相界面的 表面能，ΔGv为新相形成时的体系 自由能 rc为体系自由能由升高到降低转 变时所对应的晶核半径值——临界 半径 只有当r>rc时， ΔG下降，晶核才 能稳定存在。 也就是说，晶核的形成，一方 面由于体系从液相转变为内能更小 的晶体相而使体系自由能下降，另 一方面又由于增加了液 - 固界面而使 体系自由能升高。
第二章 晶体生长理论
2-3 晶体生长模型 2.螺旋生长理论模型 (screw growth)
（Frank）等人（1949，1951）的实验证实：气相结晶时，1%的过饱和度 即可。另外，发现实际晶体总是存在台阶位错。
第二章 晶体生长理论
2-4 晶面的发育 1布拉维法则 晶体上的实际晶面平行于面网密度大的面网，这 就是布拉维法则(law of Bravais)。
discretediffractionpatternquasicrystalznmghodiffractionanysolidhavingessentiallydiscretediffractiondiagram212223242526gs为新相形成时新旧相界面的表面能gv为新相形成时的体系自由能为体系自由能由升高到降低转变时所对应的晶核半径值临界半径只有当rrg下降晶核才能稳定存在
国际晶体学联合会最近建议把晶体定义为衍射图谱呈现明 确图案的固体（any solid having an essentially discrete diffraction diagram）来代替原先的微观 空间呈现周期性结构的定义。
高Al组份AlGaN-GaN半导体材料的生长方法研究
高Al组份AlGaN-GaN半导体材料的生长方法研究高Al组份AlGaN/GaN半导体材料的生长方法研究摘要：高Al组份AlGaN/GaN半导体材料是一种重要的宽禁带半导体材料，其研究对于高功率高频电子器件的开发和应用具有重大意义。
本文综述了高Al组份AlGaN/GaN半导体材料的生长方法，包括分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)等技术，并讨论了各生长方法的优劣势及其对材料性能的影响。
1. 引言高Al组份AlGaN/GaN半导体材料由铝镓氮化物(AlGaN)和氮化镓(GaN)组成，具有宽带隙、高热稳定性和高电子迁移率等优良特性，被广泛应用于高功率高频电子器件，如功率放大器、高电子迁移率晶体管(HEMT)等。
2. 生长方法2.1 分子束外延(MBE)分子束外延是一种通过在真空环境中利用分子束的热解、反应来生长材料的方法。
在高Al组份AlGaN/GaN材料的生长中，MBE技术可以实现高质量、均匀性好的薄膜生长。
通过控制材料的组成和外延温度等参数，可以调控材料的带隙、界面缺陷密度、载流子浓度等性能。
2.2 金属有机化学气相沉积(MOCVD)金属有机化学气相沉积是一种在化学反应中使用金属有机化合物作为材料源进行生长的方法。
MOCVD技术常用于生长AlGaN/GaN材料，具有生长速度快、控制能力强等优点。
通过选择合适的材料源和反应条件，可以实现高Al组份AlGaN/GaN材料的准确掺杂，而且能够在大面积基片上实现均匀生长。
3. 各生长方法比较3.1 结构和组分控制MBE技术具有分子束的直接轰击效应，可以在较高温度下实现高Al组份AlGaN薄膜的生长，对于梯度组分控制有较好的优势。
而MOCVD技术具有较高的化学反应活性，可以实现较高生长速度，但是对于高Al组份薄膜的生长存在一定的挑战。
3.2 性能和薄膜质量MBE生长的高Al组份AlGaN/GaN材料具有较低的表面缺陷密度和较高的结构品质，但是生长速度相对较慢。
国内首次用分子束外延生长出短周期InAa／GaSb超晶格
世界最薄材料有望取代硅片 英国曼彻斯特大学联手德国马克斯 ・ 普朗克研究所 已研制出世界上最薄的材料， 厚度 只
有一根头发的 ２ ０万分之一 。这种 新材料 的问世有望在电子计算机和医学等领域掀起一场新 的革命 。 超薄膜片 这种膜片 由碳原子六边形连接而成，状如蜂巢，但只有一个原子那么厚。 如果层层叠加 ，需要 ２ 万层才 能达到一根头发丝的厚度 。 ０ 科学家两年前创造出这种二维碳原子膜片，但必须贴在其他材料上。 如今， 研究人员 已 经可 以利用纳米级 的金制架 台将这种膜片悬挂起来 。 根据物理理论 ， 这种材料不可能稳定存在，因为它实际上是一种二维晶体结构，而这种 结构极易受热损毁。 但二维碳原子膜片 已经证明可 以稳定存在于室温真空中。 所有其他物质 薄 到 这种膜 片 １ 倍 厚度 时 ，就会 发 生氧化 、分解 ，不 能稳 定存 在 。 Ｏ 这种膜 片 之所 以能够 稳 定存 在 ，是 因为它 并非 静止 平铺 ，而 是轻 微波 动 。波 动 为这种 结 构提供 了第三维度 ，也就提供 了聚合力 。 承载分子 这种膜片将主要应用于大幅提高计算机运算速度和研制新药物。 此外， 它
维普资讯
２０ 年 第 ５ ０７ 期
理化所成功地制备了宽度几个微米 的 Ｃ Ｓ纳米带，对纳米带的结构进行了表征 ，测量 了单 ｄ 根纳米带的光 电导性能。实验发现 ：纳米带的生长方向与其它 ⅡⅥ 族半导体纳米带不同； ． ＣＳ ｄ 单根纳米带的光谱响应、 光强度和时间响应速度 比体材料和薄膜 的响应速度快得多， 而 且纳米带的尺寸对纳米带的响应速度有明显的影响，宽度越小 ，响应速度越快；说明 Ｃ Ｓ ｄ 纳米带响应速度正比于纳米材料表面． 体积 比和单晶的完整度 ：在不同的气氛 中感光灵敏度 有 明显 不 同 。 这一研究进展表明 Ｃ Ｓ半导体纳米带在光敏器件和气体传感器等光电应用方面有广泛 பைடு நூலகம்ｄ 的前 景 。
GaNAs基超晶格太阳电池的分子束外延生长与器件特性
GaNAs基超晶格太阳电池的分子束外延生长与器件特性郑新和;夏宇;刘三姐;王瑾;侯彩霞;王乃明;卢建娅;李宝吉【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GaN0.03As0.97/In0.09 Ga0.91 As应变补偿短周期超晶格( SPSL)。
晶体生长的缺陷机制 3
βΠδ 这里 β 为层错矢量值
图 层错机制中台阶的产生过程
的生长丘形态和一对螺位错相同 如果只有一端点 在生长面内时 形成生长丘不具生长蜷线特征≈
对面心立方结构高度的亚台阶原子组态钢球模 型的分析可知 亚台阶上势阱吸附几率比 面正 常位置大 倍 在此基础上 闵乃本等提出了层错 机制的单核模型和多核模型的生长动力学 和二维 成核机制生长动力学进行了对比≈ ) 三种不同模 型所提供的生长速率大小顺序应该为 低饱和度
组提出的理论及 °
研究组近年来在这方面的工作进展
关键词 晶体生长 生长机制 缺陷
ΔΕΦΕ ΧΤ ΜΕΧΗΑΝΙΣ Μ ΟΦ ΧΡ ΨΣΤΑΛ Γ Ρ Ο ΩΤ Η
•
2≠
Στατε Κεψ Λαβορατορψ οφ Χρψσταλ Ματεριαλσ Σηανδονγ Υνιϖερσιτψ ϑιναν
晶体生长的孪晶机制
闵乃本等还证明了孪晶在生长面的露头处同样
#
#
图 层错产生的二类孪晶
型孪晶
型孪晶
生长面
表 几个生长面上孪生区面指数 3
层错矢量
原坐标面 指数
孪晶坐标面 指数
Π≈
Π≈
χ
Π≈
χ
Π≈
Π≈
χ
Π≈
χ
Π≈
Π≈
χ
Π≈
χ
3 这是孪 生 发 生 于 φχχ 晶 体 的
面上 生长面
上的孪生区的面指数
物理
晶体全部由
面组成 由于饱和度不足以在
晶面上形成二维核 在晶面上的生长停止了
但是由于孪晶的存在 又在两晶体接合处出现了
个 1 β的重入角 如图 所示 已经证明该角上
任何原子坐标位置均相当于生长过程中最活跃的扭
晶体生长研究型实验设计与实践
ｔ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｅ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｅ ｎ ｔ ｓ ’ｃ ｕ ｌ ｔ ｉ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ １ ｅ ｖ ｅ ｌ ｓ ．Ｔｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ ，Ｑｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ ５ ８ ０，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｒ ｏ ｎ ｔ ｉ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ，ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ“ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ：ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ
本 理 论 和 掌 握 基 本 的实 验 技 能 ， 了解学科发展最新动态 ， 从 而提 升 学 生 的科 研 能力 和综 合 素 质 。
关 键 词 ：晶 体 生 长 ； 实 验 设 计 ；气 相 沉 积 法 ； 饱 和度
弛豫铁电单晶的生长_性能及应用研究_李晓兵
增刊
李晓兵等： 弛豫铁电单晶的生长、 性能及应用研究
37
K， 12． 5 Hz， 25 ℃ ） ． magnetodependent sensor based on the ME composite is manufactured， the detection sensitivity reach up to 1 pT·Hz － 1 /2 ． Key words： relaxorbased ferroelectric single crystals； crystals growth； piezoelectric； pyroelectric； transducers； pyroelectric infrared detectors； magnetic sensor
phasediagramroomtemperature12相mpb附近1516但是也有研究认为是由于三方四方相纳米弛豫铁电单晶的生长性能及应用研究增刊39畴的存在降低了晶体的对称性导致其宏观表现为单斜相的对称性1718以钛酸钡batio所示的三方单斜四方的相结构变化过程自发极化方向沿即电场作用下单斜相的变化在能量上是有利的因此对于具有钙钛矿结构的弛豫铁电单晶来说单斜相是其高压电性能的原因19方向极化后极性畴由原来的所示
LI Xiaobing，ZHAO Xiangyong，LUO Haosu，LIN Di，XU Haiqing，WANG Sheng，REN Bo， DI Wenning，ZHANG Yaoyao，LIU Linhua
（ Key Laboratory of Inorganic Functional Material and Device， Shanghai Institute of Ceramics， Chinese Academy of Sciences， Shanghai 201800， China）
2°GaAs衬底生长高质量GaP外延层的研究的开题报告
2°GaAs衬底生长高质量GaP外延层的研究的开题报告标题：2°GaAs衬底生长高质量GaP外延层的研究研究背景：三五族半导体材料在光电子学、太阳能电池、激光器、红外接收器等领域具有重要的应用。
其中，磷化镓（GaP）因其高电学性能和独特的晶体结构，在光电子学中引起了广泛的关注。
在磷化镓的应用中，外延生长技术是最常用的生长方法。
然而，磷化镓和砷化镓（GaAs）之间晶格常数差异较大，外延生长难度较大。
尤其是在高温条件下，由于磷和镓之间的交叉反应，容易产生各种形式的误配和缺陷，从而影响外延层的质量。
因此，如何在GaAs 衬底上生长高质量的GaP外延层，是目前需要解决的研究难点。
研究内容：本研究旨在探索在2°GaAs衬底上生长高质量的GaP外延层的方法。
具体研究内容包括：1. 优化GaP生长条件，探索合适的生长温度、生长速率等参数。
2. 分析生长过程中的晶体缺陷，考察其对外延层质量的影响。
3. 采用X射线衍射仪、扫描电镜等测试手段对GaP外延层的微观结构和物理性质进行研究。
4. 在GaP外延层中掺杂其他元素，提高其性能和应用价值。
研究意义：本研究将为解决GaP生长过程中面临的挑战和困难提供新思路和方法。
同时，掌握高质量GaP外延层的生长技术也有助于提高磷化镓在光电子学等领域的应用水平。
需要的支持：为完成本研究，需要以下设备和仪器的支持：MOCVD外延生长系统、X射线衍射仪、扫描电镜等。
同时，还需要购买一定数量的GaP生长材料、GaAs衬底等实验材料。
这些支持将有助于提高研究的可行性和科研成果的质量。
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晶格异变algainas外延层的生长与应力弛豫研究
一、引言
晶格异变是指晶体结构中的原子位置发生了变化，这种变化可能由于温度、应力等因素引起。
在半导体外延层的生长中，晶格异变是一个重要的问题。
本文将围绕着晶格异变在半导体外延层中的生长与应力弛豫展开研究。
二、晶格异变的概念与分类
1. 晶格异变的定义
晶格异变是指晶体结构中相邻原子间距离和角度发生了变化，这种变化可能由于温度、应力等因素引起。
2. 晶格异变的分类
（1）弹性畸变：由于外部应力作用下，原子位置发生微小的位移而形成畸变。
（2）塑性畸变：由于外部应力作用下，原子位置发生大幅度位移而形成畸变。
（3）热膨胀：由于温度升高，原子间距离增大而形成畸变。
（4）杂质扰动：杂质原子进入到半导体中，会影响原有晶格结构而形成畸变。
三、algainas外延层的生长
1. algainas外延层的生长方法
（1）分子束外延法：利用高能分子束轰击衬底表面，使其表面原子重新排列形成新的晶体结构。
（2）金属有机气相外延法：利用金属有机化合物和气态源材料在高温下反应生成半导体材料。
（3）气相外延法：利用气态源材料在高温下反应生成半导体材料。
2. algainas外延层的晶格异变问题
在algainas外延层的生长过程中，由于衬底和外延层之间晶格不匹配，会产生晶格异变问题。
这会影响到外延层的质量和性能。
四、应力弛豫研究
1. 应力弛豫概念
应力弛豫是指当物体受到一定应力后，在一定时间内逐渐失去应力的
过程。
在半导体外延层中，由于晶格异变等因素引起的应力会通过弛
豫作用逐渐消失。
2. 应力弛豫机制
（1）位错滑移：位错是指晶体中出现了原子位置不规则排列而形成的缺陷。
当晶格异变引起应力时，位错会发生滑移以消除应力。
（2）界面松弛：当两种不同晶格结构的半导体材料相互接触时，会形成一个界面。
在界面处，原子间距离和角度会发生变化以适应两种晶
格结构的匹配。
这种变化也可以消除应力。
3. 应力弛豫实验研究
通过X射线衍射、拉曼光谱等实验手段可以研究半导体外延层中的应力弛豫现象。
实验结果表明，在外延层生长过程中，应力逐渐减小并最终消失。
五、结论与展望
本文主要研究了algainas外延层的生长与应力弛豫问题。
通过对晶格异变和应力弛豫机制的分析，可以更好地理解半导体外延层中的生长过程和性能表现。
未来，我们可以进一步探索新的生长方法和优化技术，以提高外延层质量和性能。