�、笞宓锇雽�(dǎo)體材料AlGaN,是制備紫外和深紫外微電子及光電器件的基礎(chǔ),受到廣泛關(guān)注。金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)是生長(zhǎng)AlGaN薄膜的重要方法,主要包括氣體輸運(yùn)、氣相反應(yīng)和表面反應(yīng)三個(gè)階段。但要高效生長(zhǎng)高質(zhì)量的AlGaN薄膜依然很困難。氣相反應(yīng)和表面反應(yīng)是薄膜生長(zhǎng)的關(guān)鍵步驟,目前存在的問(wèn)題無(wú)疑都與這二者有關(guān)。因此,深入理解反應(yīng)機(jī)理并構(gòu)建完整的反應(yīng)路徑可為優(yōu)化生長(zhǎng)提供理論指導(dǎo),這具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。本文先全面詳細(xì)地綜述了近30年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于MOCVD生長(zhǎng)AlGaN的研究現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)目前還存在薄膜生長(zhǎng)速率低、薄膜中Al組分低、高Al組分AlGaN的p型摻雜困難和薄膜表面形貌差等問(wèn)題。然后對(duì)影響薄膜生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行研究,具體采用了量子化學(xué)理論,并結(jié)合化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)理論對(duì)氣相和表面反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析。本文的主要工作和成果歸納如下:(1)計(jì)算研究了MOCVD生長(zhǎng)AlGaN氣相過(guò)程中的低聚反應(yīng)路徑,分析得到低聚物的最終穩(wěn)定產(chǎn)物。研究結(jié)果修正了前人的觀點(diǎn),本文認(rèn)為純粹的氣相AlN/GaN分子理論上不會(huì)由聚合反應(yīng)路徑產(chǎn)生。此外發(fā)現(xiàn):鋁氨基物((CH₃

【文章頁(yè)數(shù)】：226 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號(hào)表
第一章 緒論
    1.1 背景概述
        1.1.1 AlGaN材料的性質(zhì)與應(yīng)用
        1.1.2 MOCVD原理及系統(tǒng)
    1.2 AlGaN生長(zhǎng)的氣相反應(yīng)機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 操作參數(shù)對(duì)生長(zhǎng)影響的研究
        1.2.2 納米粒子形成機(jī)理的研究
        1.2.3 AlGaN的 p型摻雜研究
        1.2.4 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)生長(zhǎng)影響的研究
    1.3 AlGaN的結(jié)構(gòu)及表面反應(yīng)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 體相結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性研究
        1.3.2 表面再構(gòu)及穩(wěn)定性研究
        1.3.3 表面反應(yīng)研究
    1.4 目前存在的問(wèn)題
    1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第二章 量子化學(xué)理論及應(yīng)用
    2.1 多粒子體系的第一性原理
        2.1.1 Schr?dinger方程
        2.1.2 Born-Oppenheimer近似
        2.1.3 Hartree-Fock近似
        2.1.4 平均場(chǎng)近似
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 局域密度近似和廣義梯度近似
    2.3 平面波贗勢(shì)方法
        2.3.1 周期性邊界條件
        2.3.2 基函數(shù)和贗勢(shì)
    2.4 量子化學(xué)在反應(yīng)機(jī)理研究中的應(yīng)用
        2.4.1 Gibbs自由能和反應(yīng)速率常數(shù)的計(jì)算
        2.4.2 晶體結(jié)合能和形成焓的計(jì)算
        2.4.3 表面形成能和粒子吸附能的計(jì)算
    2.5 軟件介紹
        2.5.1 Gaussian簡(jiǎn)介
        2.5.2 Castep簡(jiǎn)介
    2.6 小結(jié)
第三章 氨基物的氣相低聚反應(yīng)研究
    3.1 計(jì)算方法與校核
    3.2 氨基物的低聚反應(yīng)
        3.2.1 氨基物的二聚反應(yīng)
        3.2.2 氨基物的三聚反應(yīng)
    3.3 低聚物的甲烷消去反應(yīng)
        3.3.1 低聚物分子內(nèi)甲烷消去反應(yīng)
        3.3.2 低聚物與氨氣分子間甲烷消去反應(yīng)
    3.4 小結(jié)
第四章 氣相納米粒子的形核機(jī)理研究
    4.1 計(jì)算方法與校核
    4.2 對(duì)前人提出的納米粒子成核機(jī)理的驗(yàn)證
    4.3 納米粒子的形核反應(yīng)
        4.3.1 [MMXNH]_n(n=2或3)的自聚合反應(yīng)
        4.3.2 [MMXNH]_n與 DMXNH₂間的聚合反應(yīng)
        4.3.3 [MMXNH]₃與DMXNH₂、NH₂間的聚合反應(yīng)
        4.3.4 X(NH₂)₃ 自聚合反應(yīng)
    4.4 納米顆粒核的可能前體判斷
    4.5 小結(jié)
第五章 摻雜劑的氣相反應(yīng)機(jī)理研究
    5.1 計(jì)算方法與校核
    5.2 p型摻雜劑Cp₂Mg的氣相反應(yīng)
        5.2.1 加合反應(yīng)路徑(G5.1
G5.3)
        5.2.2 自分解反應(yīng)路徑(G5.4和G5.5)
        5.2.3 氫解反應(yīng)路徑(G5.6
G5.16)
        5.2.4 氨解反應(yīng)路徑(G5.17^G5.26)
        5.2.5 反應(yīng)路徑對(duì)比及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.3 n型摻雜劑SiH₄的氣相反應(yīng)
        5.3.1 SiH₄與NH₃分子間H₂消去反應(yīng)
        5.3.2 SiH₄ 的分解反應(yīng)
    5.4 小結(jié)
第六章 AlGaN體相及表面的穩(wěn)定性研究
    6.1 AlGaN體相穩(wěn)定性研究
        6.1.1 計(jì)算方法與校核
        6.1.2 原子占位對(duì)AlGaN穩(wěn)定性的影響
        6.1.3 Al組分對(duì)AlGaN穩(wěn)定性的影響
        6.1.4 Al組分及p型摻雜對(duì)AlGaN穩(wěn)定性的影響
        6.1.5 Al組分及n型摻雜對(duì)AlGaN穩(wěn)定性的影響
    6.2 AlGaN表面穩(wěn)定性研究
        6.2.1 計(jì)算方法與校核
        6.2.2 覆蓋物質(zhì)對(duì)GaN/AlN(0001)面穩(wěn)定性的影響
        6.2.3 Al組分對(duì)AlGaN(0001)面穩(wěn)定性的影響
        6.2.4 Al組分對(duì)AlGaN(000(?))面穩(wěn)定性的影響
    6.3 小結(jié)
第七章 前體在NH₂-Al_xGa_1-xN(0001)面的表面反應(yīng)研究
    7.1 計(jì)算方法與校核
    7.2 Al組分對(duì)Ⅲ族前體表面反應(yīng)的影響
        7.2.1 Ga原子與MMGa的吸附和擴(kuò)散
        7.2.2 Al原子與MMAl的吸附和擴(kuò)散
        7.2.3 含Ga與含Al前體表面反應(yīng)的對(duì)比
    7.3 Al組分對(duì)摻雜前體表面反應(yīng)的影響
        7.3.1 p型摻雜前體Mg原子的吸附和擴(kuò)散
        7.3.2 n型摻雜前體Si原子與SiH₂的吸附和擴(kuò)散
        7.3.3 p型與n型摻雜前體表面反應(yīng)的對(duì)比
    7.4 小結(jié)
第八章 總結(jié)和展望
    8.1 總結(jié)
    8.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文



本文編號(hào)：3777281