《化合物半导体材料》课件.pptVIP

*************************************面缺陷面缺陷是二维延伸的晶体不完整性，在化合物半导体中主要包括晶界、层错和孪晶等。晶界是指两个取向不同的晶粒之间的界面，根据两侧晶粒的取向关系可分为大角度晶界和小角度晶界。在多晶或多域材料中，晶界往往成为杂质偏聚和电荷陷阱的位置，影响载流子输运和复合过程。层错是指晶体中原子堆积序列的局部偏离，如在理想的...ABCABC...堆积序列中插入一个...ABCABABC...错误序列。这种缺陷在III-V族和II-VI族化合物半导体中较为常见，尤其是在外延生长过程中。孪晶是一种特殊的界面，两侧晶体呈镜像关系排列。在立方结构半导体中，孪晶通常沿{111}晶面形成。这些面缺陷都会影响材料的电学、光学和机械性能，是器件制造中需要控制的重要因素。缺陷对材料性能的影响电学性能缺陷对化合物半导体电学性能的影响是多方面的，主要表现为引入深能级、降低载流子寿命和迁移率。空位和反位缺陷常在禁带中形成深能级，成为复合中心位错可作为载流子散射中心，降低迁移率晶界处的悬挂键形成势垒，阻碍载流子输运某些点缺陷可补偿掺杂，影响载流子浓度光学性能缺陷是影响化合物半导体光学性能的关键因素，不同类型的缺陷会对光生成和光吸收过程产生不同影响。深能级缺陷促进非辐射复合，降低内量子效率缺陷相关能级可引起亚禁带吸收某些缺陷可形成特定的发光中心位错和晶界可导致光散射和光波导损耗机械性能缺陷对化合物半导体机械性能和可靠性的影响同样不容忽视，特别是在高温、高压环境下工作的器件。位错是塑性变形的载体，影响材料的硬度和韧性晶界可能成为裂纹源和扩展路径应力场可诱导新缺陷形成，加速器件老化热循环可导致缺陷迁移和聚集，形成宏观缺陷第九章：化合物半导体的表征技术结构表征分析材料的晶体结构、微观形貌和缺陷分布，是制备高质量材料的基础成分表征测定材料的元素组成、杂质含量和化学状态，是控制材料性能的关键性能表征评估材料的电学、光学和热学性能，是应用开发的重要依据结构表征技术X射线衍射（XRD）X射线衍射是表征晶体材料结构的基本技术，通过分析X射线与晶格的相互作用产生的衍射图案，获取材料的晶体结构、晶格常数、相组成和应变状态等信息。对于化合物半导体，高分辨XRD可用于测量外延层的厚度、组分和应变分布，摇摆曲线可评估晶体质量，X射线反射率可分析多层膜结构和界面粗糙度。XRD是一种无损、快速、准确的表征方法，是化合物半导体研究和生产中的常规分析手段。透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜利用高能电子束透过超薄样品，形成放大图像，可直接观察材料的原子排列和缺陷结构。高分辨TEM（HRTEM）能够实现原子级分辨率，能清晰显示晶格排列和界面结构。选区电子衍射（SAED）提供晶体结构信息，扫描透射电子显微镜（STEM）配合各种探测器可获得Z对比、相位对比等多种成像模式。TEM是研究化合物半导体异质结构、量子阱、位错和界面特性的强大工具。扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜通过聚焦电子束在样品表面扫描，收集产生的二次电子、背散射电子等信号形成表面形貌图像。SEM具有较大的景深和良好的三维立体感，适合观察材料的表面特征和微观形貌。在化合物半导体领域，SEM广泛用于检查外延层表面质量、器件结构和失效分析。结合电子束感生电流（EBIC）和阴极荧光（CL）技术，SEM还可提供材料的电学和光学信息，是一种多功能表征手段。成分表征技术1X射线光电子能谱（XPS）XPS是一种表面敏感的电子能谱技术，利用X射线照射样品产生光电子，通过测量光电子的能量分布获取材料表面元素组成和化学状态信息。XPS可检测除H和He外的所有元素，探测深度约为5-10nm，具有较高的表面灵敏度。在化合物半导体研究中，XPS常用于分析表面氧化、界面反应和掺杂状态，尤其适合研究电子器件中的介质/半导体界面和金属/半导体接触。2俄歇电子能谱（AES）AES是另一种表面分析技术，基于俄歇效应测量元素组成。当内层电子被电子束电离后，外层电子填充空位过程中释放能量，可激发另一个电子（俄歇电子）逸出。俄歇电子的能量是原子特有的，可用于元素鉴定。AES具有高空间分辨率（约10nm）和高表面灵敏度（约1-5nm），特别适合分析半导体表面和薄膜的元素分布。结合离子束溅射，AES可进行深度剖析，研究元素在厚度方向上的分布。二次离子质谱（SIMS）SIMS是一种高灵敏度的微区分析和深度剖析技术，通过离子束溅射样品表面，产生二次离子，用质谱仪分析这些离子的质荷比，获取元素和同位素信息。SIMS检测限低至ppm甚至ppb级别，能检测几乎所有元素