硅基应变与弛豫材料的缺陷机理与表征研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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