电共沉积法制备GaAs薄膜材料研究

论文摘要

作为第二代半导体材料的典型代表,砷化镓（GaAs）材料较硅（Si）具有更好的半导体特性和光电特性,在多种高速器件和光电器件中有着广泛的应用。但是,传统的GaAs薄膜制备方法具有设备复杂、成本高、能耗大、工艺周期长和污染环境等缺点,限制了GaAs薄膜的广泛应用。而采用电共沉积法制备GaAs薄膜可以克服这些缺点。虽然电沉积方法是一种历久弥新的膜材料制备工艺,但电沉积GaAs薄膜却鲜有研究,电沉积GaAs薄膜的质量也有待提高。研究电共沉积GaAs薄膜的工艺条件,分析影响沉积过程和沉积膜质量的因素,改善电共沉积GaAs薄膜的质量,并测试沉积膜的物理及化学特性,为电共沉积GaAs薄膜的应用打下基础,具有重要的意义。本文以电共沉积合金理论为基础,选取对电沉积影响较明显的因素,如电流密度、电解液浓度与组分、电极材料等,进行正交实验。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等对实验获得的沉积膜进行表征,分析了各个因素对电共沉积GaAs薄膜的影响,得出本实验在电解液中含有络合剂EDTA和不含EDTA两种情况下的最优工艺条件。最后,测试了在最优工艺条件下制备的沉积膜的结构与组分、导电类型以及和基片间的I-V特性。对电共沉积GaAs薄膜进行了有一定意义的、实验性的研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外相关领域的研究进展及成果
• 1.2.1 GaAs 材料的研究进展
• 1.2.2 电沉积方法的研究进展
• 1.3 存在的不足和有待深入研究的问题
• 1.4 课题的来源和主要研究内容
• 第2章 电沉积的基本原理
• 2.1 电化学基础
• 2.1.1 电沉积系统中电化学池的组成
• 2.1.2 法拉第定律与电流效率
• 2.1.3 电极电位与电极极化
• 2.2 金属离子沉积的电化学过程
• 2.2.1 传质过程
• 2.2.2 电极的双电层模型与界面反应
• 2.3 电沉积结晶生长过程
• 2.3.1 电沉积结晶形核
• 2.3.2 螺旋位错生长
• 2.3.3 电沉积结晶生长
• 2.3.4 电沉积膜层的形态
• 2.4 本章小结
• 第3章 电共沉积GaAs 薄膜原理与实验方案
• 3.1 合金电共沉积的基本条件
• 3.2 电共沉积 GaAs 的基本原理
• 3.3 电共沉积 GaAs 的实验方案
• 3.4 本章小结
• 第4章 GaAs 薄膜电共沉积制备
• 4.1 电共沉积 GaAs 实验
• 4.1.1 所用试剂与仪器
• 4.1.2 电解液的配制
• 4.1.3 电极的处理
• 4.1.4 电沉积的实验装置
• 4.2 电共沉积 GaAs 的最优工艺条件
• 4.3 影响电共沉积 GaAs 薄膜成分的因素
• 4.3.1 电极材料对电共沉积GaAs 的影响
• 4.3.2 电解液中金属离子浓度和浓度比对电共沉积GaAs 的影响
• 2 析出对电共沉积GaAs 的影响'>4.3.3 H₂ 析出对电共沉积GaAs 的影响
• 4.3.4 电沉积过程中的烧焦现象和电火花现象
• 4.3.5 络合物EDTA 对电共沉积GaAs 的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 电共沉积 GaAs 薄膜的测试与分析
• 5.1 电共沉积 GaAs 薄膜的结构与组分分析
• 5.2 电共沉积 GaAs 薄膜导电类型测量
• 5.3 电共沉积 GaAs 薄膜与衬底间的 I-V 特性
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢