离子束溅射ge薄膜的生长特性

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1、离子束溅射Ge薄膜的生长特性研究【摘　要】采用超高真空离子束溅射设备，在不同生长束流下，制备了一系列的ge薄膜材料。通过对材料厚度的测量，对ge薄膜的生长速率与生长束流的变化关系进行分析，结果表明，ge薄膜的生长速率随着生长束流的增加而增大，在变化趋势上能较好的满足二项式曲线关系。样品raman光谱的测量结果表明，随着生长束流的增加，ge薄膜的结晶性变化不明显，主要表现为非晶相。【关键词】ge薄膜；离子束溅射；生长束流theｉnvestigationofｇrowthｃharacteristicsofｇermaniumｆilmsｐreparedbyｉonｂeamｓput

2、teringｔechnologysｏｎｇchao(departmentofphysicsandelectricalengineering,hanshannormaluniversity,chaozhouｇｕａｎｇｄｏｎｇ，521041,china)【abstract】aseriesofgermaniumfilmswerepreparedonmonocrystallinesiliconsubstratebyusingtheionbeamsputteringtechnologyatdifferentionbeamcurrent.therelationshipbetween

3、thedepositionrateandionbeamcurrentwasanalyzedbyusingthemeasurementoffilmthickness.meanwhile,themicrostructuresoffilmswereinvestigatedbytheramanspectra.itwasfoundthat,asincreasingtheionbeamcurrent,thedepositionrateoffilmswereincreased.ramanspectrademonstratethatthechangeofthemicrostructu

4、resoffilmspreparedatdifferentionbeamcurrentisnotobvious,andthesamplesexhibitpurelyamorphousstructures.【keywords】germaniumfilm；ionbeamsputtering；ionbeamcurrent０　引言半导体低维结构的研究是当代凝聚态物理和材料科学领域内十分重要的前沿课题。其中，硅是微电子工业的基础，硅芯片的发展促进了信息技术的革命。但是硅材料本身的弱点在制造高速器件和光电器件方面无法与ⅲ-ⅴ族半导体材料相竞争。因此人们一直希望能找到种新的硅基材料

5、，它既有良好的光电特性与高的迁移率，又能与成熟的硅超大规模集成技术相兼容。在各种新的硅基材料中，锗硅材料的研究最为突出，有人称它为“第二代硅材料”。因此，半导体锗材料的研究，将会促进微电子工艺和技术的进一步发展。近年来，许多先进的沉积和生长技术被用于锗薄膜的制备，如分子束外延（mbe）、等离子增强化学气相沉积（pecvd）、电子束蒸发、磁控溅射(ms)等方法。离子束溅射技术作为制备薄膜的物理方法之一，其设备结构简单操作方便，易实现规模化生产，其工作真空度高，沉积速率较慢，从靶材溅射出来的原子能量高，成膜的质量好。目前，离子束溅射技术已在硅锗薄膜生长[1-3]的研究中得

6、到广泛应用。本文中采用超高真空离子束溅射技术，通过改变生长束流，对ge的沉积速率和微观结构进行了研究，通过对沉积速率变化过程的拟合分析，探讨了ge薄膜的沉积过程。通过raman光谱的测量，对样品微结构的变化进行了分析。1　实验实验中采用超高真空离子束溅射设备制备ge薄膜材料，溅射靶材选用纯度为99.99%的多晶ge靶材，溅射室的本底真空度小于4.0×10-4pa。选用晶向为（100）的p型单晶si片作为衬底。溅射前，衬底先后经过丙酮、酒精超声清洗10分钟左右除去油和蜡，然后在1:20的hf:h2o溶液中漂洗20～30s去除自然氧化层，获得平整的表面。待衬底晾干后放入超

7、高真空离子束溅射生长室内。生长过程中，通过控制氩气流量，使溅射室的真空度控制在2.0×10-2pa。电子枪的束流电压控制在1.0kv，生长温度为300℃。通过选择不同生长束流对ge薄膜的生长速率和微结构进行研究，生长束流分别为4ma、6ma、8ma和10ma，沉积时间为1.5hr。我们采用美国加州生产的ambiostechnologyxp-2型台阶仪对样品的厚度进行测量，其最小分辨率为1nm。采用英国雷尼绍公司生产的invia共焦型拉曼谱仪测量样品的raman光谱，对样品的微结构进行表征，测量时采用背向散射装置，在室温下采用ar＋激光器的514.5n