纳米半导体材料及其纳米器件研究进展
纳米材料在电子信息工程中的前沿研究与发展趋势
纳米材料在电子信息工程中的前沿研究与发展趋势近年来，纳米材料在电子信息工程中的应用得到了广泛关注和研究。
纳米材料具有独特的物理和化学特性，在电子器件制备、传感器技术、能源存储和转换等领域展示出了巨大的应用潜力。
本文将从纳米材料在半导体器件、柔性电子、光电器件和能源领域的研究与发展趋势进行探讨。
首先，纳米材料在半导体器件中的研究与应用已经取得了显著的进展。
纳米材料广泛应用于半导体量子点、量子线和量子阱等器件结构中，这些纳米结构的引入能够改善器件的电子传输性能，提高能带调控能力，并实现高效的光电转换。
此外，纳米线和纳米片等纳米材料在柔性电子学中的应用也日益成熟。
通过将纳米材料与可弯曲基底相结合，可以实现具有高导电性和高可靠性的柔性电子元件，这对于可穿戴设备、可卷曲屏幕和弯曲传感器等领域具有重要意义。
其次，纳米材料在光电器件中的研究也取得了重要进展。
量子点材料被广泛应用于光电转换器件中，其可调谐的能带结构和优异的光电转换效率使其成为太阳能电池和发光二极管等领域的理想候选材料。
此外，纳米复合材料的引入也为光电器件的高效能量传输和光学功能提供了新的途径。
例如，通过将纳米粒子或纳米线填充到聚合物基底中，可以实现光学波导和光学增强效应，从而提高传感器和光环境中的能量传输效率。
最后，纳米材料在能源领域中的研究也引起了广泛的兴趣。
纳米材料在能源存储和转换中具有独特的性能，可以提高电池和超级电容器的能量密度和循环寿命，促进储能技术的发展。
纳米颗粒和纳米结构的引入也能够优化光催化和光电化学过程，提高太阳能电池和水分解器等能源转换器件的光电转换效率。
此外，纳米材料在燃料电池、热电材料和储能材料等领域的研究也取得了显著的成果，为实现清洁能源和可持续发展提供了新的可能性。
综上所述，纳米材料在电子信息工程中的应用前景令人振奋。
通过将纳米材料与传统材料相结合，可以实现电子器件的高性能、柔性可靠性以及光电器件和能源转换器件的高效能量转换。
纳米材料在半导体器件中的应用研究
纳米材料在半导体器件中的应用研究第一章纳米材料的基本概念和特性纳米材料是指在纳米尺度下制备的材料，其特点是具有独特的物理、化学和生物学性质。
纳米材料的尺寸通常在1到100纳米之间，这使得它们在半导体器件中具有许多独特的应用潜力。
第二章纳米材料在半导体器件中的应用2.1 纳米材料在场效应晶体管中的应用场效应晶体管是半导体器件中最重要的元件之一，它在现代电子器件中的应用非常广泛。
纳米材料在场效应晶体管中的应用可以改善其电子运输性质和电子流动的速度，提高器件的性能。
2.2 纳米材料在光电器件中的应用纳米材料在光电器件中的应用也非常重要。
通过合理设计纳米材料的结构和组成，可以实现光电转换的高效率、高灵敏度和宽波长范围。
纳米材料的应用使得光电器件的性能得到了显著的提升，有助于推动光电子技术的发展。
2.3 纳米材料在存储器件中的应用存储器件是电子设备中不可或缺的部分，纳米材料的应用可以提升存储器件的容量和速度。
通过利用纳米材料的特殊性质，可以实现更高密度的存储和更快的数据读写速度，满足日益增长的存储需求。
第三章纳米材料在半导体器件中的研究进展3.1 纳米材料合成和制备技术的研究纳米材料的制备是实现其在半导体器件中应用的基础。
研究人员通过不同的合成和制备技术，如溶剂热法、溶胶凝胶法等，控制纳米材料的形状、尺寸和结构，以满足不同器件的需求。
3.2 纳米材料的性能研究纳米材料具有特殊的物理和化学性质，因此对其性能的研究非常重要。
研究人员通过各种表征技术，如透射电子显微镜、扫描电子显微镜等，对纳米材料的结构、形貌和物理特性进行详细分析，为其在半导体器件中的应用提供理论依据和实验验证。
3.3 纳米材料的器件性能研究研究纳米材料在实际器件中的性能表现是纳米材料在半导体器件中应用研究的重要方向。
通过制备和测试不同类型的器件，如场效应晶体管、光电器件和存储器件等，研究人员可以评估纳米材料在这些器件中的性能和潜力。
第四章纳米材料在半导体器件中的挑战与展望4.1 挑战纳米材料在半导体器件中的应用面临一些挑战。
纳米材料在半导体器件中的应用研究
纳米材料在半导体器件中的应用研究随着科学技术的不断发展，纳米材料在各个领域中的应用越来越广泛，其中在半导体器件中的研究与应用引起了极大的关注。
本文将介绍纳米材料在半导体器件中的应用，并讨论其在电子器件尺寸、性能以及能源效率方面带来的改进。
一、纳米材料对半导体器件尺寸的影响在传统的半导体器件中，材料和结构的尺寸与电子的传输性能密切相关。
随着不断缩小的尺寸，器件中的电流密度增加，使得电子的散射和热耗散问题逐渐突显。
纳米材料的引入可以在一定程度上解决这些问题。
首先，纳米材料具有较大的比表面积和高比能力。
通过采用纳米材料作为导电材料，相同导通面积下可以拥有更多的导电通道，从而降低导通电阻；同时，纳米材料具有更多的活性表面位点，可以提供更多的反应活性位点，增强了器件的吸附能力和催化反应效果。
其次，纳米材料的局域场增强效应可以改善器件的灵敏度和特异性。
由于纳米材料具有相对较大的比表面积，电磁场在纳米材料表面易产生局域增强效应。
这种局域增强效应可以增加光电信号的收集效率，提高光电转换效率。
二、纳米材料对半导体器件性能的影响纳米材料在半导体器件中的应用不仅对尺寸有影响，还对器件的性能有决定性影响。
主要体现在以下几个方面：1. 光电转换效率的提升：纳米材料具有较高的比表面积和良好的光学特性，因此可以显著提高光电转换效率。
例如，通过在半导体器件中引入纳米结构，可以增强光的捕获能力，提高太阳能电池的效率。
2. 分子识别能力的提高：纳米材料的特殊表面性质使其具有更好的选择性吸附性能。
利用纳米材料表面的特殊化学活性位点，可以实现对特定分子的选择性吸附和识别，从而在半导体传感器中提高检测的准确性和灵敏度。
3. 电子迁移率增强：纳米材料的高比表面积和晶界效应对电子迁移率有积极影响。
通过在半导体薄膜中引入纳米颗粒，可以增加电子的传输通道，提高电子迁移率，从而提高电子器件的性能。
三、纳米材料在半导体器件中的能源效率提升能源效率是当今社会关注的焦点，纳米材料在半导体器件中的应用也能够有效提升能源利用效率。
半导体材料研究的新进展
半导体二极管和三极管
二. N型半导体和P型半导体
1. 本征半导体与掺杂半导体
在常温下，本征半导体的两种载流子数量还是极少 的，其导电能力相当低。 如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，将得到掺 杂半导体，而掺杂半导体的导电能力将大大提高。
由于掺入杂质元素的不同，掺杂半导体可分为两大 类——N型半导体和 P型半导体。
半导体二极管和三极管
• 肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷统称点缺陷。 • 虽然这两种点缺陷同时存在，但由于在Si、Ge中形成间隙
原子一般需要较大的能量，所以肖特基缺陷存在的可能性
远比弗仑克尔缺陷大，因此Si、Ge中主要的点缺陷是空位
(a) 弗仑克尔缺陷 (b) 肖特基缺陷 图1.11 点缺陷
半导体二极管和三极管
价电子受到激发，形成自 由电子并留下空穴。 自由电子和空穴同时产生 半导体中的自由电子和空 穴都能参与导电——半导 体具有两种载流子。
价电子
硅原子
载流子的产生与复合：
共价键
半导体二极管和三极管
• 本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现， 同时又不断进行复合。在一定温度下，载流子 的产生与复合会达到动态平衡，即载流子浓度 与温度有关。温度愈高，载流子数目就愈多， 导电性能就愈好——温度对半导体器件的性能 影响很大。 • 半导体中的价电子还会受到光照而激发形成自 由电子并留下空穴。光强愈大，光子就愈多， 产生的载流子亦愈多，半导体导电能力增强。 故半导体器件对光照很敏感。 • 杂质原子对导电性能的影响将在下面介绍。
一晶面发生移动，如图1.12(a)所示。这种相对移动称为滑移， 在其上产生滑移的晶面称为滑移面，滑移的方向称为滑移向。
(a) (b) 图1.12 应力作用下晶体沿某一晶面的滑移
纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展
纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展摘要：纳米二氧化钛作为一种重要的功能性材料，在光催化、电池、光电器件等领域具有广泛的应用潜力。
本文对纳米二氧化钛的制备方法进行了综述，并探讨了其在不同应用领域的研究进展。
主要包括溶胶-凝胶法、水热法、气相法等一系列制备方法及其优缺点，以及纳米二氧化钛在光催化、电池和光电器件等领域的应用前景。
最后，总结了现有研究中存在的问题，并展望了未来纳米二氧化钛在各个领域的发展趋势。
1. 引言纳米二氧化钛作为一种重要的半导体材料，因其独特的物理、化学性质而受到广泛关注。
其具有高比表面积、优异的光电催化性能、良好的化学稳定性、可控的光吸收能力等特点，使其在光催化、电池、光电器件等领域有着广泛的应用潜力。
在实际应用中，纳米二氧化钛的功能和性能往往与其结构和制备方法密切相关。
因此，研究纳米二氧化钛的制备方法及其应用是目前材料科学和化学领域的热点之一。
2. 纳米二氧化钛的制备方法2.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。
该方法通过将金属前驱物溶解在有机或无机溶剂中，生成溶胶，然后通过控制溶胶的凝胶过程，形成纳米二氧化钛颗粒。
由于溶胶-凝胶法制备过程相对简单、可控性强，使得纳米二氧化钛的晶粒尺寸和形貌可以通过控制溶胶的成分、浓度、PH值等条件来调节。
然而，溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛的缺点是制备周期长，需要较高温度和长时间的热处理。
2.2 水热法水热法是一种采用高温高压水作为反应介质，将金属前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
水热法可以在相对较低的温度下制备出高度结晶的纳米二氧化钛颗粒，其晶形和晶面可通过调节反应温度和时间来控制。
由于水热法制备过程相对简单，且无需添加昂贵的添加剂，因此被广泛应用于纳米二氧化钛的制备。
2.3 气相法气相法是指将气体或气态前体转化为纳米二氧化钛的制备方法。
传统的气相法将有机金属化合物蒸汽通过热分解或水解，控制反应条件，形成纳米二氧化钛颗粒。
半导体材料研究的新进展
半导体材料研究的新进展近年来，半导体材料的研究取得了许多新的进展。
这些进展涵盖了材料的制备方法、性能调控以及应用领域的拓展等多个方面。
在本文中，我们将介绍一些半导体材料研究的新进展。
首先，研究人员在半导体材料的制备方法方面取得了重要突破。
传统的半导体材料制备方法包括溶液法、气相沉积法和物理蒸镀法等，但这些方法通常具有成本高、工艺复杂等缺点。
然而，随着纳米技术的发展，一些新的制备方法被提出，如溶胶-凝胶法和电化学法等。
这些新的制备方法可以实现高效、低成本的制备，并且可以控制材料的尺寸和形状，从而提高材料的性能和稳定性。
其次，研究人员在半导体材料的性能调控方面取得了重要进展。
随着科技的发展，人们发现了一些新的半导体材料，如二维材料、量子点和有机半导体等。
这些材料具有独特的电子结构和光学性质，可以用于制备高性能的电子器件。
同时，研究人员还通过改变半导体材料的组分和结构，调控了材料的导电性、光电性以及热性能等，从而实现了半导体材料性能的优化。
另外，半导体材料的应用领域也在不断拓展。
传统的半导体材料主要应用于电子器件领域，如晶体管和集成电路等。
然而，近年来，随着人们对新材料和新能源的追求，半导体材料在光电子、能源存储和传感器等领域也得到了广泛应用。
例如，一些新的半导体材料被用于制备高效的光伏材料，用于太阳能电池的制备。
此外，半导体材料还被应用于制备高性能的光电器件、柔性电子器件和化学传感器等。
总结起来，半导体材料研究的新进展包括制备方法、性能调控和应用领域的拓展等多个方面。
这些进展使得半导体材料具有了更广阔的应用前景，为科技的发展带来了潜在的机会和挑战。
随着对半导体材料的深入研究，相信在不久的将来，我们将能够看到更多创新的半导体材料和应用领域的突破。
深亚微米及纳米器件的结构及研究进展2
深亚微米及纳米器件的结构及研究进展陈鹏摘要：通常我们把0.35-0.8μm及其以下称为亚微米级，0.25um及其以下称为深亚微米，0.05um及其以下称为纳米级。
当前CMOS器件主流工艺尺寸已经达到32nm，已经进入到了深亚微米乃至纳米量级。
在这个尺度上，传统器件已经趋近极限，需要给出新的器件结构和器件材料才能进一步发展。
本文介绍由器件沟道长度减小带来的短沟道效应，以及当前主要的深亚微米器件、纳米器件结构，同时介绍当前该领域的研究进展和研究趋势。
关键词：深亚微米；纳米器件；器件结构；研究进展Abstract:The 0.35-0.8μm and below usually referred to as sub-micron.The 0.25μm and below usually referred to as deep sub-micron.And the 0.05μm and below usually referred to as nanoscale.The current size of CMOS devices has reached the 32nm,has entered the nanoscale.In this scale, conventional devices have been approaching the limit.We must find the new device structures and device matierial.The Short-channel effects caused by the reduction of the channel length is introduced in this lecture.The current device structures of the DSM devices and the nano-devices are introduced in this lecture.And the research progresses and the development trends in this field are introduced in this lecture.Keywords:Deep Sub-Micro;Nano-Devices;device structure;research progress1.引言CMOS器件特征尺寸进入深亚微米乃至纳米尺度之后，传统器件的材料、结构和工艺都将趋近于极限，量子效应将逐渐突出，而宏观物理规律将不再适用。
半导体材料的应用研究进展
半导体材料的应用研究进展半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。
本文介绍了半异体材料的定义、分类、特制及发展，叙述了半导体材料的早期应用及第二代半导体材料在产业发展中的应用。
标签：半导体材料；纳米；应用1 前言半导体材料（semiconductormaterial）是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。
半导体材料可分为元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体和非晶态与液态半导体。
纳米材料的尺度处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是介于宏观物质与微观原子或分子间的过渡亚稳态物质，它能够产生不同于传统固体材料的显著的表面与介面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并且表现出奇异的力学、电学、磁学、光学、热学和化学特性等等[1-2]。
半导体材料第一代半导体是“元素半导体”。
典型如硅基和锗基半导体。
其中以硅基半导体技术较成熟。
应用也较广泛，一般用硅基半导体来代替元素半导体的名称[3]。
第二代半导体材料是化合物半导体。
化合物半导体是以砷化镓、磷化铟和氮化镓等为代表，包括许多其它III—V族化合物半导体。
这些化合物中，商业半导体器件中用得最多的是砷化镓和磷砷化镓、磷化铟、砷铝化镓和磷镓化铟。
其中砷化镓技术较成熟，应用也较广泛。
2 半导体材料的应用半导体材料的第一个应用就是利用它的整流效应作为检波器。
就是点接触二极管。
除了检波器之外，在早期，半导体材料还用来做整流器、光伏电池、红外探测器等。
半导体材料的四个效应都用到了。
从1907年到1927年，美国的物理学家研制成功晶体整流器、硒整流器和氧化亚铜整流器。
1931年，兰治和伯格曼研制成功硒光伏电池[4]。
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学和质量输运及其二者相互耦合的复杂过程 M OCVD 是在常压或低压 To rr 量级 下生长 的 氢气携带的金属有机物源 如 族 在扩散 通过衬底表面的停滞气体层时会部分或全部分解成
族原子 在衬底表面运动迁移到合适的晶格位 置 并捕获在衬底表面已热解了的 族原子 从 而形成 - 族化合物或合金 在通常温度下 MOCVD生长速率主要是由 族金属有机分子通过
２．３ 应变自组装纳米量子点 线 结构生长技术
异质外延生长过程中 根据晶格失配和表
面 界面能不同 存在着三种生长模式[8] 晶格
匹配体系的二维层状 平面 生长的 F rank - Van
der Merwe 模式;大晶格失配和大界面能材料体系的
三维岛状生长模式 即 Volmer-Weber 模式 大晶
２ 半导体纳米结构的制备技术
半导体纳米结构材料的发展很大程度上是依赖 材料先进生长技术 MBE, MOCVE 等 和精细加 工工艺 聚焦电子 离子束和 x- 射线 光刻技术 等 的进步 本节将首先介绍 MBE 和 MOCVD 技 术 进而介绍如何将上述两种技术结合起来实现纳 米量子线和量子点结构材料的制备 并对近年来得 到迅速发展的应变自组装制备量子点 线 和量子 点 线 阵列方法进行较详细讨论 最后对其它制 备技术也将加以简单介绍
目前 除研究型的 MBE 外 生产型的 MBE 设备也已有商品出售 如 Riber’s MBE6000 和VG Semicon’s V150 MBE 系统 每炉可生产 9×4" 4×6" 或 45×2" 片 每炉装片能力分别为 80×6" 180×4" 片和 64×6" 144×4" 片 App lied EPI MBE’s GEN2000 MBE 系统 每炉可生产 7×6" 片 每炉装片能力为 182×6" 片
类似的技术还有化学束外延(CB E)[6,7] 金属 有机化合物分子束外延(MOMBE)和气态源分子束 外延(GSMBE ) 这二者与 CBE 不同 都使用部 分固态源
２．２ 半导体微结构材料生长和精细加工相结合的制
备技术
利用 MBE 或 MOCVD 等技术首先生长半导体 微结构材料如 AlGaAs/GaAs 2DEG 材料等 进 而结合高空间分辨电子束曝光直写 湿法或干法 刻蚀和微细离子束注入隔离制备纳米量子线和量子 点 利用这种办法 原则上可产生最小特征宽度 为 10nm 的结构 并已制成具有二维和三维约束效 应的纳米量子线 量子点及其阵列
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ． ２６ Ｎｏ． ２ 14
上述方法的优点是图形的几何形状和密度 在分辨率范围内 可控 其缺点是图形实际分 辨率不高 因受电子束背散射效应等影响 一般 在几十纳米 横向尺寸远比纵向尺寸大 边墙 辐射 刻蚀 损伤 缺陷引入和杂质沾污使器 件性能变差以及曝光时间过长等
１ 引 言
低维半导体材料 通常是指除三维体材料之外 的二维超晶格 量子阱材料 一维量子线和零维 量子点材料 从物理上讲 它们是正统的纳米半导 体材料 二维超晶格 量子阱材料 是指载流子在 两个方向 如在 x, y 平面内 上可以自由运动 而 在另外一个方向(z)则受到约束 即材料在这个方 向的尺寸与电子的德布洛意波长(λd=h/ 2m × E )或 电子的平均自由程相比拟或更小 一维量子线材 料 是指载流子仅在一个方向可以自由运动 而在 另外两个方向则受到约束 零维量子点(QDs)材 料 是指载流子在三个方向上运动都要受到约束的 材料系统 即电子在三个维度上的能量都是量子化 的 本文主要讨论一维量子线和零维量子点半导体 材料
３ 纳米半导体材料的评价技术
随着材料尺寸减小到纳米量级范围时 现有 的基于反映体材料的宏观平均性质的实验技术都不 再适用 需要发展新的纳米尺度的测试分析技 术 下面作简要地介绍
３．１ ＳＴＭ 和 ＡＦＭ 原位检测技术［１０，１１］
扫描探针显微术是利用探针针尖与表面原子间 的不同种类的局域作用来测量表面原子结构和电子 结构的 STM 和AFM就是最近研制成功的这种技 术
十 nm 高约几个 nm 通常称作为量子点
三
维岛
状
生长
的
t
由
c
异质
外
延材
料
晶格
失
配度
和生长条件 如衬底温度 / 比量子
点尺寸和分布均匀 ≤10% 密度为 108~1011cm-2 和无缺陷的量子点材料 这种方法的优点是可将
QDs 的横向尺寸缩小到几十纳米以内 可做到无
损伤 缺点是量子线和量子点的几何形状 尺
寸 均匀性和密度较难控制
２．４ 半导体纳米结构材料的其它制备技术
除上述的方法外 其它的制备技术主要有：在 图形化衬底和不同取向晶面上的选择外延生长技 术 如利用不同晶面生长速度不同的V型槽生长技 术 解理面再生长技术 高指数面生长技术等;在
Ｍａｒｃｈ ２００１
沸石的笼子中或在碳纳米管中 通过物理或化学 方法制备量子点 线 技术以及采用苯热法制备 纳米半导体材料等
还应特别指出的是单原子操纵和加工技术 目前 利用 STM 技术 不仅可以在电场蒸发作用 下从硅表面上移走单个 Si 原子 将它放置在表面 任何位置 也可将这个 Si 原子放入表面的单原子 缺陷中去 从而实现原子修饰等功能[9] 单原子 操纵和加工技术虽已显示出诱人的前景 但距实 用化还有很长的路要走 如 用场发射 STM 技 术 1µs 写一个量子点 600ns 写 400ns 移动脉 冲 需 4 个月才能完成 1TBit 记忆芯片 106×106) 制备 显然 这是没有实用价值的 最近 已将 STM 和 MEMS 结合起来形成了多元阵列 是这种 技术向实用化迈出的重要一步
浸润层厚度增加 应变能不断积累 当浸润层厚度
达到某一个临界厚度t 时 外延生长过程则由二维 c
平面生长向三维岛状生长过渡 实验上 可由
RHEED 花样由条状向点状变化控制 三维岛状
生长初期 形成的纳米量级尺寸小岛周围是无位错
的 若用禁带宽度较大的材料将其包围起来 小岛
中的载流子将受到三维限制 小岛的直径一般为几
STM 的工作原理是基于量子隧道效应 在金 属针尖与金属或半导体样品间加一偏置电压 且 当针尖与样品间距小于 1nm 时 电子将穿透针尖 与样品表面间的势垒而产生隧道电流 由于隧道 电流与针尖和样品表面间距呈指数依赖关系 故 隧道电流对样品表面起伏非常敏感
STM实验装置是用压电陶瓷扫描单元来控制针 尖在样品表面(x y)和垂直于表面的 z 方向作三维 运动 从而实现对样品表面形貌的测量 STM 的 工作模式可分恒高度和恒电流两种模式 恒高度 模式是保持针尖与样品表面距离 最大 一定 事实上当针尖在样品表面扫描时 针尖与样品表 面的间距将随样品表面起浮而改变 记录隧道电 流随 x 和 y 位置的变化轨迹 便可直接获得样品表
纳米半导体材料及其纳米器件研究进展
王占国
中国科学院半导体研究所 半导体材料科学实验室 北京 １０００８３
摘要 简单介绍纳米半导体材料的定义 性质及其在未来信息技术中的地位 分别讨论半导体纳米结 构的制备方法与评价技术 对近年来纳米半导体材料和基于它的固态量子器件研制所取得的进展 存在的问 题和发展的趋势作扼要的综述 最后 结合国情和我国在该领域的研究现状 提出发展我国纳米半导体材 料的战略设想
研制创造了条件 这类纳米器件以其固有的超高速 10－ 12~1 0－ 13sec 超高频 >10 00GHz 高集
成度 >1010 元器件 /cm2 高效低功耗和极低阈 值电流密度 亚微安 极高量子效率 高的调 制速度与极窄带宽以及高特征温度等特点在未来的 纳米电子学 光子学和光电集成以及 ULSI 等方面 有着极其重要应用前景 极有可能触发新的技术革 命 成为新世纪信息技术的支柱 美 日 西欧等 工业发达国家先后集中人力和物力建立了 10 多个 这样的研究中心或实验基地 特别是美国 于今年 初提出了纳米技术倡议 2001年拨出专款近5亿美 元 加速纳米科学技术的研究开发步伐 力图在21 世纪初能在这一新兴的高科技领域占主导地位
２．１ ＭＢＥ 和 ＭＯＣＶＤ 生长技术 2.1.1 分子束外延(MBE)技术[1~3]
MBE 技术实际上是超高真空条件下 对分子 或原子束源和衬底温度加以精密控制的薄膜蒸发技
Ｍａｒｃｈ ２００１
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ． ２６ Ｎｏ． ２ 13
术 通常认为 MBE 材料生长机理与建立在热力学 平衡条件下的 LPE 和 VPE 不同 即是说分子 原 子 束在衬底表面上发生的过程是受动力学支配 的 研究表明: MBE 生长过程实际上是一个具有 热力学和动力学同时并存 相互关联的系统 只 有在由分子束源产生的分子 原子 束不受碰撞 地直接喷射到受热的洁净衬底表面 并在表面上 迁移 吸附或通过反射 或脱附 过程离开表 面 而在衬底表面与气态分子之间建立一个准平 衡区 使晶体生长过程接近于热力学平衡条件 即使每一个结合到晶格中的原子都能选择到一个自 由能最低的格点位置 才能生长出高质量的 MBE 材料
MBE 还有利于同其它微细加工技术如 超微 细离子注入技术 扫描隧道电镜(ST M)技术 电 子束曝光技术和反应离子刻蚀及其图形化生长技术 相结合 以期实现近年来很受重视的纳米量子 线 量子点材料的制备 2.1.2 金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)技术[4,5]
MOCVD或MOVPE是和MBE同时发展起来的 另一种先进的外延生长技术 MOCVD 是用氢气 将金属有机化合物蒸气和气态非金属氢化物经过开 关网络送入反应室加热的衬底上 通过热分解反 应而最终在其上生长出外延层的技术 它的生长 过程涉及气相和固体表面反应动力学 流体动力
格失配和较小界面能材料体系的先层状进而过渡到
岛状生长的 Stranski-Krastanow(SK)模式