發(fā)布時(shí)間：2017-09-09 16:37

  本文關(guān)鍵詞：GaInSb晶體的布里奇曼法生長工藝研究

  更多相關(guān)文章： GaInsb 垂直布里奇曼法 晶體生長 過熱溫度 生長速率 溫度梯度

【摘要】：GaInSb作為一種新型的三元合金半導(dǎo)體材料,由于其帶隙窄,電子有效質(zhì)量小,載流子遷移率高等特殊性能,使其在光電子器件、激光器和探測(cè)器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本論文以半導(dǎo)體材料的生長工藝和理論為基礎(chǔ),采用5段獨(dú)立控溫式垂直布里奇曼法(VBM)來生長高質(zhì)量的Ga1-xInxSb(x=0.14)晶錠。通過采用X-射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)等專業(yè)檢測(cè)儀器對(duì)晶錠樣品進(jìn)行系統(tǒng)分析與檢測(cè),研究了多晶體合成工藝,晶體生長工藝,包括過熱溫度、生長速率和溫度梯度等,對(duì)晶錠組織和性能的影響。主要結(jié)論如下：1.生長了高質(zhì)量的Ga1-xInxSb(x=0.14)晶錠樣品,尺寸可到Φ11 mm,長度達(dá)100 mm。2.研究了多晶體合成工藝對(duì)晶體組織和性能的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多晶體預(yù)合成選用Ga、Sb、In三種單質(zhì)原料合成,生長的晶錠組織較均勻,成分偏析較小,電學(xué)性能和物理學(xué)性能較優(yōu)越。3.研究了過熱溫度對(duì)晶體組織和性能的影響。在晶體生長過程中,隨著過熱溫度的增加,熔體粘度越低,晶錠組織越均勻,生長界面越穩(wěn)定,晶錠質(zhì)量越高。本論文采用過熱溫度1500C下生長的GaInSb晶錠,位錯(cuò)密度低,缺陷較少,晶錠質(zhì)量高。4.研究了晶體生長速率(坩堝移動(dòng)速率)對(duì)晶體組織和性能的影響。當(dāng)移動(dòng)速率太慢,晶粒尺寸較小,且成分偏析程度較大；當(dāng)移動(dòng)速率太快,晶錠生長界面不穩(wěn)定,界面晶體結(jié)構(gòu)無法均一,容易出現(xiàn)孿晶,進(jìn)而降低晶錠質(zhì)量。本論文GaInSb晶錠生長速率在1-2 mm/h時(shí),晶錠中In的成分偏析較小,組織均勻,電學(xué)與物理學(xué)性能均達(dá)到了實(shí)驗(yàn)預(yù)期數(shù)值。5.研究了爐膛內(nèi)部溫度梯度對(duì)晶體組織和性能的影響。當(dāng)晶體生長過程中溫度梯度較小,此時(shí)結(jié)晶潛能較大,形核較困難；但是,如果溫度梯度較大,晶體中將出現(xiàn)較大的應(yīng)力,對(duì)晶體結(jié)晶質(zhì)量的控制不利。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,GaInSb晶體生長在溫度梯度為PCR=1℃/mm時(shí),晶錠成分偏析程度較小,組織均勻,晶錠質(zhì)量較高。并且,實(shí)驗(yàn)中載流子遷移率和電阻率數(shù)值均可達(dá)到商業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)。
【關(guān)鍵詞】：GaInsb 垂直布里奇曼法 晶體生長 過熱溫度 生長速率 溫度梯度
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O78
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-9
• 第一章 前言9-29
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 半導(dǎo)體材料的發(fā)展11-14
• 1.2.1 化合物半導(dǎo)體材料12-13
• 1.2.2 化合物半導(dǎo)體的應(yīng)用前景13-14
• 1.3 GaSb晶體材料簡(jiǎn)介14-16
• 1.3.1 銻化鎵(GaSb)的應(yīng)用15-16
• 1.3.2 銻化鎵晶(GaSb)的局限性16
• 1.4 銻銦鎵晶體材料的基本性質(zhì)16-22
• 1.4.1 In的摻入對(duì)GaSb結(jié)構(gòu)的改變17
• 1.4.2 In的摻入對(duì)GaSb性能的改變17-18
• 1.4.3 GaInSb晶體材料的應(yīng)用18-19
• 1.4.4 GaInSb晶體材料的發(fā)展現(xiàn)狀19-22
• 1.5 晶體材料的主要生長工藝22-26
• 1.5.1 布里奇曼法(Bridgman)22-25
• 1.5.2 提拉法(Czochralski,Cz)25-26
• 1.5.3 區(qū)熔法(Zone melting method)26
• 1.6 本章小結(jié)26-29
• 1.6.1 本論文的研究目的27
• 1.6.2 本論文的研究?jī)?nèi)容27-29
• 第二章 晶錠生長和表征29-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)的原料和設(shè)備29-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)的原料29
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)的設(shè)備29-30
• 2.1.3 石英管的選擇30-31
• 2.1.4 裝料和封管31
• 2.2 GaInSb晶體生長31-35
• 2.2.1 GaInSb多晶料的合成31-33
• 2.2.2 GaInSb晶體的生長33-34
• 2.2.3 GaInSb晶錠樣品處理34
• 2.2.4 GaInSb晶體拋光、腐蝕34-35
• 2.3 表征35-37
• 2.3.1 X-射線衍射儀(XRD)35
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM/EDS)35-36
• 2.3.3 霍爾效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)36
• 2.3.4 維氏硬度測(cè)試36
• 2.3.5 金相顯微鏡36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第三章 過熱溫度和生長速率對(duì)GaInSb晶錠組織和性能的影響39-53
• 3.1 預(yù)合成方案對(duì)晶錠組織和性能的影響39-42
• 3.1.1 預(yù)合成方案對(duì)晶圓表面形貌的影響40-42
• 3.2 過熱溫度對(duì)晶錠組織和性能的影響42-47
• 3.2.1 X-射線分析43-44
• 3.2.2 晶體生長形態(tài)44-46
• 3.2.3 顯微硬度分析46-47
• 3.3 生長速率對(duì)晶錠組織和性能的影響47-52
• 3.3.1 結(jié)果與分析48-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 溫度梯度對(duì)GaInSb晶錠組織和性能的影響53-59
• 4.1 溫度梯度對(duì)晶錠組織和性能的影響53-58
• 4.1.1 X-射線衍射分析54-55
• 4.1.2 電阻率測(cè)試分析55-56
• 4.1.3 載流子遷移率分析56-57
• 4.1.4 顯微硬度的測(cè)試分析57-58
• 4.2 本章小結(jié)58-59
• 第五章 結(jié)論59-61
• 參考文獻(xiàn)61-67
• 發(fā)表論文和參加科研情況67-69
• 致謝69

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