金屬誘導(dǎo)晶化制備高質(zhì)量的多晶Ge薄膜.pdf

1、Ge材料在光電子以及微電子領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。a-Ge晶化的方法可以將廉價(jià)的a-Ge轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的多晶Ge甚至單晶Ge，因而受到人們重視。然而傳統(tǒng)a-Ge晶化的制備方法面臨一些挑戰(zhàn)，如晶化溫度過高，形成的晶向不能高度單一化，形成的晶粒尺寸大小不能滿足應(yīng)用需求等，而金屬誘導(dǎo)晶化的方法可以在低溫下制得高質(zhì)量的Ge薄膜，是人們近幾十年中研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
　　本文采用金屬誘導(dǎo)晶化的方法在石英襯底上制備出了高質(zhì)量的多晶Ge薄膜，并圍繞兩個(gè)方面

2、展開研究:一是a-Ge的有序度對(duì)a-Ge金屬誘導(dǎo)晶化的影響，二是從便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的角度簡化了工藝條件，優(yōu)化了金屬誘導(dǎo)晶化制備高質(zhì)量的多晶Ge薄膜的工藝參數(shù)。本論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和結(jié)果如下:
　　1.創(chuàng)新性研究了a-Ge的有序度對(duì)于金屬誘導(dǎo)晶化的影響。使用400℃和450℃對(duì)a-Ge進(jìn)行0.5小時(shí)的預(yù)退火處理，分別使Ge的內(nèi)部產(chǎn)生直徑為3.3nm和3.8nm的晶粒，增加了a-Ge的有序度。將具有不同有序度的a-Ge使用Al作為誘導(dǎo)金

3、屬在370℃的溫度下進(jìn)行金屬誘導(dǎo)晶化實(shí)驗(yàn)。在對(duì)比分析中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷相同條件的金屬誘導(dǎo)晶化過程后，經(jīng)過預(yù)退火的a-Ge會(huì)具有更高的晶化率，但XRD上的Ge(111)峰強(qiáng)度比未經(jīng)預(yù)退火的樣品低。由此我們認(rèn)為預(yù)退火的過程雖然可以在金屬誘導(dǎo)晶化之前使部分a-Ge預(yù)先晶化，但晶化的取向具有隨機(jī)性，而金屬誘導(dǎo)晶化趨向于使a-Ge形成單一取向的多晶，該晶向沖突降低了金屬誘導(dǎo)晶化的效應(yīng)。另外，研究還發(fā)現(xiàn)a-Ge有序度的增加阻礙了Al原子和Ge原子之間的相

4、互擴(kuò)散。由于原始沉積樣品采用Al/a-Ge/石英襯底的結(jié)構(gòu)，當(dāng)上層的Al不能和下層的Ge實(shí)現(xiàn)相互擴(kuò)散時(shí)，更多的Al被滯留在樣品表面，形成了獨(dú)特的圓圈狀分布。
　　2.從適用于大規(guī)模制備的角度探討了金屬誘導(dǎo)晶化制備高質(zhì)量的多晶Ge薄膜的方法。使用磁控濺射連續(xù)沉積的方式制備具有a-Ge/Al/石英襯底結(jié)構(gòu)的原生樣品，省去了傳統(tǒng)方法中昂貴的MBE、ALD等制備工藝。研究了金屬誘導(dǎo)退火時(shí)間、退火溫度以及原始沉積的a-Ge/Al結(jié)構(gòu)參數(shù)的對(duì)

5、誘導(dǎo)出的Ge多晶薄膜取向和晶粒尺度等影響，選取330℃100h作為最佳條件對(duì)具有60nma-Ge/55nm Al/石英襯底結(jié)構(gòu)的原生樣品進(jìn)行了MIC退火處理，成功制備了(111)取向百分比為97％，平均晶粒直徑在100μm以上的高質(zhì)量多晶Ge薄膜，用酸腐蝕去鋁后發(fā)現(xiàn)，獲得的多晶Ge為連續(xù)膜，進(jìn)一步測試表明，Al的殘留主要集中在襯底與多晶Ge膜之間。
　　本論文研究了金屬誘導(dǎo)晶化機(jī)制，并且證明金屬誘導(dǎo)晶化是一種可以制備高質(zhì)量多晶Ge