GaAs多层异质外延结构材料和SiC MESFET结构材料的X射线双晶衍射分析

论文摘要

X射线双晶衍射法（XRD）能够分析生长材料的结晶完整性、均匀性、层厚、组分、应变、缺陷和界面等重要信息,同时具有非破坏性、精度高、操作简便等优点,逐渐成为对晶体质量测试的主要手段之一。本文采用优化MBE技术生长了GaAs基多层异质结材料并利用CVD法生长了SiC MESFET同质外延材料,运用X射线运动学理论并结合动力学模拟分析软件对样品的结构参数和界面完美性进行了详细的研究分析。具体内容如下:1.计算了InGaAs/GaAs量子阱材料的结构参数,并结合动力学模拟软件对材料的结构参数进行模拟。实验结果表明MBE技术中引入双速生长法,在生长量子阱中超薄的阱层和垒层结构时,采用较慢速率生长可使层厚偏差仅为几个埃;在生长较厚帽层和缓冲层时,采用相对较快速率生长的层厚误差也小于1.8%;引入中止生长法使材料中In组分的误差百分比小于1.9%。电化学C-V法测试结果也表明MBE系统中配置两个掺杂Si源,设定不同的温度分别进行轻掺杂和重掺杂,使量子阱材料帽层中的掺杂浓度百分比误差小于3.3%。2.利用布拉格定律对X射线双晶衍射系统中Kα1和Kα2射线带宽Δλ在衍射中产生的色散效应进行了研究,推导了由色散效应引起的衍射峰展宽宽度的计算方法和公式,分析结果表明参考晶体与测试样品各外延层晶体的衍射面间距的接近程度,直接影响了各外延层衍射峰展宽程度的大小。3.对4H-SiC单晶和CVD法生长的4H-SiC金属-半导体场效应晶体管（MESFET）同质外延材料样品的（004）面XRD测试中出现的相对较低的衍射强度现象进行了初步分析和讨论,研究了双原子层结构在X射线衍射过程的影响作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题研究的意义
• §1-2 X射线双晶衍射技术的发展及应用
• §1-3 研究的主要内容
• 第二章 X射线双晶衍射的基本理论
• §2-1 X射线物理学基础
• 2-1-1 X射线的本质
• 2-1-2 特征X射线谱的形成
• §2-2 运动学和动力学理论
• 2-2-1 运动学理论
• 2-2-2 动力学理论
• §2-3 本章小结
• 第三章 分子束外延（MBE）和化学气相淀积（CVD）
• §3-1 分子束外延
• 3-1-1 固态MBE生长设备
• 3-1-2 MBE外延生长动力学
• 3-1-3 MBE外延生长热力学
• §3-2 化学气相淀积
• 3-2-1 化学气相沉积法原理
• 3-2-2 常规气相淀积装置
• 3-2-3 化学气相淀积步骤及其影响因素
• §3-3 本章小结
• 第四章 GaAs基量子阱材料的 MBE生长及XRD和电化学C-V表征
• §4-1 量子阱结构材料特征
• §4-2 GaAs基外延材料MBE生长工艺的优化
• 4-2-1 GaAs衬底上MBE外延生长材料种类的分析
• 4-2-2 材料组分和层厚精细控制优化
• 4-2-3 缓冲层和帽层的Si掺杂浓度的控制优化
• §4-3 量子阱材料样品生长
• §4-4 XRD表征与分析
• 4-4-1 X射线相干性分析
• 4-4-2 XRD谱测试
• §4-5 电化学C-V法测试和分析
• 4-5-1 测试原理和方法
• 4-5-2 测试结果和讨论
• §4-6 本章小结
• 第五章 SiC单晶和4H-SiC MESFET材料的XRD分析
• §5-1 SiC的基本特性及单晶生长发展状况
• §5-2 4H-SiC MESFET结构材料生长及XRD表征
• 5-2-1 SiC-CVD同质外延生长设备
• 5-2-2 4H-SiC MESFET样品的生长
• 5-2-3 XRD测试结果和分析
• §5-3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果