SiGe合金单晶生长及性能研究

论文摘要

SiGe单晶的特点是其性质随组分不同而变化,具有带隙可调,禁带宽度可容易地通过改变Ge的含量加以精确调节等许多独特的物理性质,有“第二代硅微电子材料”之称。SiGe合金材料在微电子器件、光电器件和热电器件方面有着诱人的应用前景。由于SiGe单晶具有这一系列的优点及应用,世界主要发达国家都加强了对SiGe单晶材料的研究。对于SiGe单晶材料的生长,目前国际上主要有直拉（CZ）法、区熔（FZ）法和垂直布里奇曼（VB）法。与其它生长方法相比,直拉法较为成熟并且可获得较大直径的SiGe单晶。由于组分的强烈偏析,SiGe单晶的生长很困难。目前国内对SiGe体单晶的生长、物理特性及其在微电子和光电子领域的应用研究很少。本文第一章主要介绍了SiGe合金单晶的特点、基本性质及在空间太阳电池、X射线单色器、γ射线透镜、量子阱器件衬底方面的应用。还介绍了国际上制备SiGe单晶的方法及研究进展。第二章主要介绍了我们开展SiGe单晶生长的研究情况。根椐不同器件对SiGe单晶材料的要求,我们重点开展了两种SiGe单晶材料的研究,一种是大直径、无位错、Ge浓度相对较低的SiGe单晶材料,应用方向为抗辐照电路和空间太阳电池;一种是小直径、Ge浓度高、位错密度相对较高的SiGe单晶材料,应用方向为X射线单色器、γ透镜、光电器件和量子阱器件的衬底等。在TDR-62硅单晶炉上,我们设计了10英寸（254mm）密闭式热场,稳定地拉制出了无位错,Ge浓度达1.1wt%,直径100mm的SiGe单晶。我们还在该炉上设计了150mm热系统,拉制出了Ge浓度为达12.92wt%,直径（50～60）mm的高浓度SiGe单晶。第三章主要介绍了对所拉制的SiGe单晶的电阻率、少子寿命、锗含量、氧含量、位错密度等参数及生长界面的测试情况和结果分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 SiGe 单晶性质、应用及制备方法介绍
• 1.1 SiGe 单晶材料的重要性质及应用
• 1.1.1 SiGe 单晶材料的基本性质和特点
• 1.1.2 SiGe 单晶的光学性质及应用
• 1.1.3 SiGe 单晶晶格常数的特点及应用
• 1.1.4 SiGe 晶格失配及作为衬底材料的应用
• 1.1.5 SiGe 单晶的抗辐照性能及应用
• 1.2 SiGe 单晶制备方法介绍
• 1.2.1 SiGe 合金的相图
• 1.2.2 SiGe 单晶的制备
• 1.3 国内外研究现状
• 第二章 CZ 法SiGe 单晶生长研究
• 2.1 研究方案
• 2.1.1 SiGe 单晶生长方案
• 2.1.2 SiGe 单晶的测试及加工方案
• 2.2 解决的主要关键技术
• 2.2.1 大直径及高浓度SiGe 单晶热场设计技术
• 2.2.2 熔晶及收细颈排除位错技术
• 2.2.3 等径控制技术
• 2.2.4 位错控制技术
• 2.3 实验结果
• 第三章 SiGe 单晶性能测试与分析
• 3.1 SiGe 单晶电参数测试及分析
• 3.2 SiGe 单晶中Ge 含量的测试及分析
• 3.2.1 SiGe 单晶轴向Ge 含量的测试及分析
• 3.2.2 SiGe 单晶径向Ge 含量的测试及分析
• 3.3 SiGe 单晶氧碳含量的测试及分析
• 3.4 SiGe 单晶位错测试及分析
• 3.5 SiGe 单晶生长界面测试及分析
• 3.6 SiGe 单晶综合测试结果
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢