介电 半超导体复合地膜成长掌握
　　 多元氧化物性能资料,存在铁电、压电、热释电、高k介电、软磁、磁电,以及电光、声光和非线性光学等多种性能,在电阻、库容、电感、微波通路元件以及其余无源电子器件中有不足道和宽泛的利用.半超导体资料存在电子输运特点,是微电子和光电子轻工业的资料根底.自1946年全人类发现第一个半超导体资料Ge以来,已构成以Si,GaAs,GaN,SiC,InP为主的资料体系,变成各族有源电子器件的支持主体.
　　 近年来,电子信息零碎的微弱型化和单片化的停滞,一直增进电子资料的地膜化和电子器件的片式化的快捷停滞.为此,将性能氧化物资料与半超导体资料经过固态地膜的内容成长在一起,构成介电/半超导体人工复合构造(单层、多层乃至超晶格),利用这种集成地膜的一体化特点,可将介电无源器件与半超导体有源器件集成,兑现有源-无源的多性能集成化和模块化,加强粗放化的零碎性能,增进电子零碎中型化和单片化.同声,在介电/半超导体复合地膜中,可利用介电资料大的极化和因为界面晶格失配引入的大的界面应急,来调控半超导体的输运特点(载流子深浅和迁徙率等),有可能经过界面诱导和啮合涌现更高性能的半超导体特点,从而为新资料和新器件制备提供可能.
　　 眼前在Si基上集成高k栅介质的钻研作业较多,无关介电资料和半超导体ZnO,GaAs等复合地膜的钻研也有简报.但因为Si和GaAs热稳固性的制约,在界面处易构成非晶层SiOx或GaOx,对界面诱导介电地膜的内涵成长和输运性能会产生阴暗面作用.因而能够看到,在介电和半超导体的复合成长中重要存在两个问题:一是如何协同成长,二是复合成长后的性能变迁.介电地膜正常是在低温、有氧空气下成长,而半超导体是在高温、无氧高真空下成长,两者的成长热度相差数百度,真空度相差多少个单位级,加之两者的晶格失配度大(>10%),成长机制不统一,介电/半超导体集成地膜的成长步骤及界面的行止与繁多资料有着极大相反.因而,探寻一种对准两种资料都能协同继续的成长步骤是无比不足道的.另外,关于这种集成地膜往往不是容易的一体化,不是容易的性能叠加.介电与半超导体层很可能会经过异质界面彼此莫须有、彼此调制.因而,对介电/半超导体界面特点的无效掌握,经过成份和构造无序变迁的模糊界面间啮合,极可能兑现对物理效应的无效传送并啮合出新性能.
　　 因为介电/半超导体复合地膜的成长和性能钻研有着极大的迷信钻研价格和不足道的利用背景,已逐步导致了美国DOE和DARPA等海内外一些钻研组织的关注和赞助,并无理论和试验上继续了定然的探寻.比如,2004年Yale大学的Ahn等人经过第一性原理划算展望氧化物地膜与半超导体地膜的复合将会产生新效应和新器件;2005年,Michigan大学钻研人员从实践上探寻了介电/半超导体异质结中介人电极化对半超导体载流子输运特点的强烈莫须有.对介电/半超导体复合地膜的试验钻研,重要集中在硅衬底上成长可代替传统MOS器件上的栅介质层SiO2的高介电常数介质资料,如在Si上制备纳米薄厚的非晶LaAlO3和CaZrO3介质层,在Si上内涵成长SrTiO3或BaTiO3介电地膜.Motorola公司钻研人员在第二代半超导体GaAs上,也探寻了钙钛矿构造的氧化物地膜的成长行止.德国Leipzig大百分制备了ZnO/BaTiO3/ZnO三明治构造,发现了ZnO对铁电极化的钉扎效应.
　　 GaN作为宽带隙其三代半超导体资料,存在禁带幅度大、击穿磁场高、热导率大、载流子迁徙率高、抗辐射威力强等特点,在微电子与光电子器件中有着宽泛的利用,同声,因为GaN内涵膜的热稳固性好,成长热度高,便于氧化物介电地膜成长后对界面态的无效掌握.因而,白文重要钻研了无关介电/宽禁带GaN复合地膜的成长与界面掌握.近两年来,海外各钻研小组在GaN半超导体上也继续了氧化物性能资料成长钻研.比如,2005年,Yale大学一钻研小组在GaN上制备了内涵的铁磁YMnO3地膜;2006年,WestVirginia大学采纳分子束内涵步骤在GaN上制备了YMnO3地膜;2007年,宾夕法尼亚州立大学在GaN上制备了内涵的多铁BiFeO3地膜等.另外,海外也有在AlGaN/GaN成长铁电地膜,采纳铁电极化调控半超导体沟道的二维电子气的深浅,发当初GaN上间接沉积的氧化物Pb(ZrTi)O3为多晶构造,况且对半超导体载流子的作用没有显然的正效应.
　　 总之,海内外对介电资料和GaN半超导体复合成长钻研作业才刚刚开展.眼前,复合成长步骤重要是反响分子束内涵(R-MBE)和激光分子束内涵(L-MBE)步骤.咱们重要采纳L-MBE步骤,实当初原子团尺度上介电/半超导体复合地膜的可控成长.1、介电/半超导体复合地膜成长掌握试验内中与步骤
　　 本钻研中,采纳激光分子束内涵(laser-molecularbeamepitaxy)设施制备氧化物地膜,莱塞采纳德国LAMBDAPHYSIK公司生产的脉冲幅度为30ns,激光带长为248nm的KrF准分子莱塞,其单脉冲能量在100~500mJ可调,效率规模为1~10Hz.在地膜成长平台上,配置了反照式高能电子衍射(RHEED),可原位实时测量地膜的成长格式的变迁及应急驰豫内中,25kV的高能电子以1°~3°掠角入射到地膜名义,衍射图案由CCD观测,并与电脑联接,继续数据搜罗和图像解决,其示用意如图1所示.
图1激光分子束内涵设施示用意
　　 试验中采纳SrTiO3和TiO2陶瓷靶,基片为GaN(0002)/AlN(0002)/Al2O3(000l)内涵片.L-MBE的成长室背底真空为1×10−5Pa,咱们别离在500℃,600℃,700℃下间接在GaN内涵片上成长STO地膜.本钻研中采纳阿曼Seiko仪器公司的SPA-300HV原子团力显微镜(AFM)综合地膜名义形貌;采纳Bede公司D1型高辩白X射线衍射仪对地膜宏观构造继续综合和表征;采纳JEOLJEM2010高辩白透射电子显微镜(HRTEM)综合样品断面微构造.2、介电/半超导体复合地膜成长掌握后果与探讨
　　 SrTiO3(STO)介电资料为立方对称ABO3钙钛矿构造,STO(111)面存在与纤锌矿构造六方对称的GaN(000l)面相近的原子团排列.正常觉得在GaN半超导体上成长立方晶系的地膜时,(111)//(0002)是最低能量成长面,其面内可能的内涵关系为(111)[1−10]STO//(0001)[11−20]GaN.在这种内涵格式下,其失配度大概为11%~14%,远远大于通常状况下兑现地膜内涵的晶格失配度,在STO成长内中中界面处会存在面内的双轴应力会间接莫须有地膜的构造.为了升高GaN与STO地膜之间的晶格失配招致的界面应力,须要在两者之间拔出适当的缓冲层.正常来说,非导体缓冲层的选取务必满足:(1)与基片和地膜的晶格失配均较小;(2)缓冲层有较高的热力稳固性,减小成长内中中的界面反响和界面放散;(3)较高的介电常数,减小其上的电压重量.
　　

罗茨水环真空机组、罗茨旋片真空机组