本文關(guān)鍵詞：荷能重離子輻照引起InP和GaN晶體結(jié)構(gòu)損傷效應(yīng)的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展推動著半導(dǎo)體器件和材料的更新?lián)Q代,其中第一代硅器件發(fā)展的相當(dāng)成熟,但是由于硅屬于間接帶隙半導(dǎo)體材料,發(fā)光效率低,同時(shí)器件的尺寸受到光刻技術(shù)的限制,使得硅器件的發(fā)展面臨巨大的挑戰(zhàn)。與此同時(shí),以InP和GaN為代表的二代和三代半導(dǎo)體材料的發(fā)展備受矚目。InP是直接帶隙半導(dǎo)體材料,電子遷移率高,抗輻射性能好。廣泛應(yīng)用于制備高頻、高速的微波器件以及空間應(yīng)用的太陽能電池,此外也是光纖通訊領(lǐng)域首選的襯底材料,數(shù)碼率高,單色性好。GaN材料是典型的寬禁帶半導(dǎo)體材料,擊穿場強(qiáng)大,熱導(dǎo)率高,導(dǎo)熱性好,適用于制造大功率的微電子器件,主要應(yīng)用于高溫、高壓、輻射等極端環(huán)境下。荷能重離子輻照引起晶格原子移位,產(chǎn)生缺陷和應(yīng)力,引起材料理化性能的改變,嚴(yán)重影響器件的可靠性。InP和GaN作為新型的半導(dǎo)體材料具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)以及光學(xué)性能,是電子器件及光電器件發(fā)展的基礎(chǔ),其輻照效應(yīng)的研究對新型材料半導(dǎo)體器件的抗輻照加固具有重大的指導(dǎo)意義,同時(shí)為器件的使用條件提供參考,亦可拓寬這兩種材料在航天及軍工領(lǐng)域的應(yīng)用。本工作中InP和GaN單晶樣品,分別由液封直拉(LEC)技術(shù)和氫化物氣相外延法(HVPE)制備。采用蘭州重離子加速器裝置(HIRFL)提供的能量為2 GeV的209Bi離子和86Kr離子,以及320 kV高壓平臺提供的能量為1.4 MeV的不同電荷態(tài)的Krq+離子和Xeq+離子輻照InP和GaN樣品。采用激光共聚焦拉曼光譜儀、透射電子顯微鏡對輻照前后的樣品進(jìn)行檢測。實(shí)驗(yàn)中通過改變電子能損和注量等輻照參數(shù),系統(tǒng)的研究了荷能離子輻照引起晶體結(jié)構(gòu)的損傷,導(dǎo)致晶格振動模式的變化以及潛徑跡的形成與電子能損和輻照注量之間的依賴關(guān)系�？熘仉x子輻照的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,快重離子輻照后,通過TEM測試發(fā)現(xiàn),當(dāng)入射離子的電子能損為13 keV/nm時(shí),InP樣品表面觀察到可見的離子徑跡。209Bi離子電子能損大約為30 keV/nm,輻照后InP樣品表面觀察到橫截面近似圓形的多晶徑跡,而在晶體內(nèi)部形成了縱截面為長條狀的非晶徑跡。拉曼測試中發(fā)現(xiàn),209Bi、86Kr離子輻照后,InP樣品拉曼光譜LO模式特征峰發(fā)生紅移,當(dāng)電子能損達(dá)到12.7 keV/nm,峰位移動最大為2.2 cm-1;當(dāng)Bi離子輻照電子能損達(dá)到31.4keV/nm,注量為3.6×1012 ions/cm2,峰位移動最大為7.6 cm-1,并且出現(xiàn)非對稱性展寬,輻照引入的張應(yīng)力隨電子能損和注量的增大逐漸增大。209Bi離子輻照后,在GaN樣品的TEM剖面圖像中觀察到潛徑跡的形成,并且發(fā)現(xiàn)徑跡區(qū)域晶格條紋比較模糊,但沒有形成非晶態(tài);86Kr離子輻照后GaN樣品中沒有觀察到潛徑跡。在拉曼測試中發(fā)現(xiàn)GaN樣品輻照后,當(dāng)入射離子的電子能損為19 keV/nm時(shí),拉曼峰強(qiáng)度急劇下降,峰位沒有變化;當(dāng)電子能損達(dá)到46keV/nm時(shí),E2(high)模式發(fā)生藍(lán)移,A1(LO)模式發(fā)生紅移。產(chǎn)生的壓應(yīng)力隨電子能損和注量的增大逐漸增大。高電荷離子輻照的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,通過TEM檢測發(fā)現(xiàn),在InP樣品表面觀察到橫截面近似圓形的、具有晶格條紋的潛徑跡產(chǎn)生,徑跡外圍區(qū)域沒有觀察到晶格條紋。同時(shí)拉曼光譜的測試中發(fā)現(xiàn),InP中LO模式特征峰發(fā)生紅移,并且隨著輻照注量的增大,紅移現(xiàn)象愈加明顯,注量達(dá)到1×1013 ions/cm2時(shí)拉曼峰消失了,說明輻照引起材料的非晶化。高電荷態(tài)離子輻照后,GaN樣品表面沒有觀察到潛徑跡的形成,高分辨模式下觀察到晶格條紋整齊有序。在拉曼光譜測試中發(fā)現(xiàn)隨著輻照注量的增大,拉曼峰強(qiáng)度降低,峰位沒有變化。最后我們比較分析了快重離子輻照實(shí)驗(yàn)結(jié)果,快重離子輻照后,在低電子能損下InP拉曼峰產(chǎn)生明顯的移動,并且徑跡區(qū)域非晶化。而GaN樣品只有在高電子能損下拉曼峰才會移動,徑跡區(qū)域沒有完全非晶化。高電荷態(tài)離子與快重離子輻照實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較分析得出同樣的結(jié)論,在相同的輻照環(huán)境中InP晶體更容易引入雜質(zhì)和缺陷,從而導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的無序化。
【關(guān)鍵詞】：InP GaN 快重離子 高電荷態(tài)離子 潛徑跡 拉曼位移
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.2
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 課題背景及研究意義14-16
• 1.2 輻照效應(yīng)研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 InP材料研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 GaN材料研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本論文研究內(nèi)容及安排20-22
• 第二章 荷能離子與固體相互作用機(jī)理22-26
• 2.1 快重離子與固體相互作用22-24
• 2.2 高電荷態(tài)離子與固體相互作用24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第三章 樣品制備、樣品輻照及樣品表征26-34
• 3.1 樣品制備26
• 3.2 樣品輻照26-29
• 3.2.1 快重離子輻照實(shí)驗(yàn)26-29
• 3.2.2 高電荷態(tài)離子輻照29
• 3.3 樣品表征29-33
• 3.3.1 透射電鏡（TEM）30-32
• 3.3.2 拉曼光譜（Raman）32-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第四章 快重離子輻照實(shí)驗(yàn)研究34-57
• 4.1 引言34-36
• 4.1.1 材料中的原生缺陷34-35
• 4.1.2 輻照引起的缺陷35-36
• 4.2 InP晶體形貌和結(jié)構(gòu)的研究36-45
• 4.3 GaN晶體形貌和結(jié)構(gòu)的研究45-54
• 4.4 InP和GaN中引起的輻照效應(yīng)的對比54-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第五章 高電荷態(tài)離子輻照實(shí)驗(yàn)研究57-63
• 5.1 InP晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌的研究57-60
• 5.2 GaN晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌的研究60-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 第六章 結(jié)論與展望63-65
• 6.1 主要結(jié)論63-64
• 6.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-73
• 作者簡介及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-74

【相似文獻(xiàn)】

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