硅锗异质结构界面失配位错应变场分析

【作者】 刘全龙； 赵春旺； 邢永明；

【机构】 内蒙古工业大学理学院；

【摘要】 由硅与锗的晶格参数不匹配能制作大大提高电子迁移率的应变硅;但是同时,由于失配能的积累会在二者界面产生失配位错或其他缺陷。为了寻找合适的产生和控制应变硅的方法以及研究硅中应变与失配位错的关系,有必要定量地分析失配位错;此外,定量分析失配位错对于分析硅锗异质结的光电性能和力学性能也是至关重要的。虽然以上研究非常重要,但是由于实验手段的不足,在纳米尺度下定量研究失配位错非常困难。目前,高分辨透射电子显微镜和几何相位分析(GPA)方法相结合的组合方法成为在纳米尺度下研究位错变形的重要手段。本文中,作者通过该组合方法实验研究了硅锗异质结构中失配位错的应变场,通过定量分析发现,硅锗异质结构中的失配位错为纯刃型位错,位错间距为10纳米。关于刃型位错的理论,著名的理论模型有Peiels-Nabarro(P-N)模型和Forman模型,其中Forman模型是在P-N模型的基础上引入表征位错宽度的因子a,a=1即为P-N模型。研究表明P-N模型描述纯金和纯铝中的刃型位错芯附近的应变场最为合适;还有研究表明,Forman模型在a=3时描述氧化铈中刃型位错位错芯附近应变场和实验结果吻合。对于哪个理论更适用于描述异质结构中失配位错应变场还没有实验证明,所以定量研究硅锗异质结构中失配位错应变场对于验证最适合描述界面位错的理论也具有重要意义。本文中,通过GPA方法得到失配位错芯附近几个纳米范围内的应变场,并且和上述理论计算的位错芯附近应变场进行定量比较,得到Forman模型在a=4时与实验结果非常吻合的结论。更多还原