Ⅲ-Ⅴ族材料外延生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)模擬仿真及半導(dǎo)體晶片鍵合的實(shí)驗(yàn).pdf

1、本論文工作是圍繞任曉敏教授為首席科學(xué)家的國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(973計(jì)劃項(xiàng)目)“新一代通信光電子集成器件及光纖的重要結(jié)構(gòu)工藝創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：2003CB314900)項(xiàng)目分課題一“單片集成光電子器件的異質(zhì)兼容理論與重要結(jié)構(gòu)工藝創(chuàng)新”(項(xiàng)目編號(hào)：2003CB314901)、項(xiàng)目分課題二“低溫晶片鍵合及準(zhǔn)單片光電子集成技術(shù)的創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：2003CB314902)展開研究的。 激光器和探測(cè)器的發(fā)展離

2、不開光電子材料的發(fā)展，材料的發(fā)展使高速、大容量的光傳輸成為可能。材料的外延生長(zhǎng)是整個(gè)激光器器件制作的基礎(chǔ)，對(duì)器件的光學(xué)和電學(xué)性能有著重要的影響，生長(zhǎng)不出優(yōu)質(zhì)的材料體系，獲得高性能的器件就無從談起，因此，材料的外延生長(zhǎng)便成為了整個(gè)半導(dǎo)體激光器制作過程之中的重中之重。 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù)是外延生長(zhǎng)技術(shù)中十分重要的一種技術(shù)，也是發(fā)展水平較為成熟的一種技術(shù)。對(duì)MOCVD技術(shù)的研究也成為了國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。

3、另外，薄膜生長(zhǎng)是目前材料生長(zhǎng)研究的重點(diǎn)之一。凝聚態(tài)物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象是由極大量分子、原子的運(yùn)動(dòng)和相互作用的反映，在本質(zhì)上都帶有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。隨著人們對(duì)凝聚態(tài)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的不斷深入了解，人們愈加需要從統(tǒng)計(jì)角度探討凝聚態(tài)物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象的基本規(guī)律，尋找內(nèi)在的聯(lián)系?，F(xiàn)在凝聚態(tài)理論已經(jīng)深入到知其所以然的階段，在量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)基礎(chǔ)上探討宏觀現(xiàn)象和微觀結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。統(tǒng)計(jì)力學(xué)是研究凝聚態(tài)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀現(xiàn)象的橋梁，它的理論已取得了很大的成就，但凝聚態(tài)物

4、理問題非常復(fù)雜，純粹用解析理論來描述目前尚難以實(shí)現(xiàn)。所以，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算和仿真已經(jīng)成了目前研究的趨勢(shì)。 異質(zhì)外延生長(zhǎng)廣泛應(yīng)用于各種薄膜單晶的制備，在微電子和光電子產(chǎn)業(yè)中占有核心地位。利用MOCVD等最先進(jìn)的外延生長(zhǎng)技術(shù)無疑是實(shí)現(xiàn)異質(zhì)光電子集成的理想方式。本文的主要工作如下： 第一，介紹了MOCVD的原理與發(fā)展現(xiàn)狀，并介紹了MOCVD的生長(zhǎng)設(shè)備，還將這種技術(shù)與其他的外延生長(zhǎng)技術(shù)(例如：MBE、LPE、VPE等)

5、進(jìn)行了對(duì)比，得出了MOCVD這種生長(zhǎng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)。最后還預(yù)測(cè)了MOCVD外延技術(shù)的發(fā)展方向。 第二，詳細(xì)介紹了分子運(yùn)動(dòng)論的理論知識(shí)，對(duì)薄膜生長(zhǎng)時(shí)原子間的勢(shì)能進(jìn)行了分析，引入Morse勢(shì)描述了粒子間的相互作用。從理論上分析了原子運(yùn)動(dòng)的模型。 第三，建立了物理模型，考慮了粒子的沉積、吸附粒子的擴(kuò)散和蒸發(fā)三個(gè)過程，并用MC方法模擬了不同襯底溫度時(shí)薄膜的生長(zhǎng)情況。從模擬的結(jié)果得出了沉積粒子數(shù)與外延生長(zhǎng)表面形貌的關(guān)系，而且研究了各