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第1章 Si1-xGex/Si合金应变层及超晶格的基本性质1

1.1 Si1-xGex合金应变层内的应力1

1.2 Si1-xGex/Si异质材料的共度生长临界厚度3

1.3 Si1-xGex/Si应变层超晶格的应变特性5

1.3.1 拉曼散射谱用于应变的测定6

1.3.2 Si1-xGex/Si超晶格的应力分布8

1.3.3 Si1-xGex/Si超晶格的应力大小10

1.3.4 三维岛状生长的Si1-xGex/Si超晶格的应变特性11

1.3.5 Si1-xGex/Si应变层超晶格的应变弛豫和Ge的向外扩散12

1.4 Si1-xGex/Si异质结构的能带排列13

1.4.1 异质结构的能带排列13

1.4.2 Si1-xGex应变材料的带隙和能带结构14

1.4.3 Si1-xGex/Si异质结界面的能带排列17

1.5 Si1-xGex/Si量子阱和超晶格的电子态20

1.5.1 Si1-xGex/Si量子阱和超晶格的能带结构20

1.5.2 Si1-xGex/Si应变层量子阱的电子态23

第2章 Si分子束外延生长技术28

2.1 Si分子束外延设备简介28

2.1.1 真空系统28

2.1.2 样品座、传递及加热装置30

2.1.3 电子束蒸发系统30

2.1.4 掺杂装置31

2.1.5 实时检测装置31

2.2 原位分析与监控31

2.2.1 反射式高能电子衍射技术31

2.2.2 俄歇电子能谱定量分析方法34

2.3 分子束外延中衬底材料的表面处理技术40

2.3.1 用薄氧化层获得Si清洁表面40

2.3.2 Si衬底H饱和钝化法41

2.4 Si、Ge材料的外延生长42

2.4.1 Si在Si衬底上的同质分子束外延生长42

2.4.2 Ge/Si(100)和Ge/Si(111)异质外延生长50

2.4.3 在Si衬底上外延生长Si1-xGex合金54

2.4.4 SinGem超薄层超晶格的外延生长59

2.4.5 分子束外延生长温度的选择62

2.4.6 Si1-yGey缓冲层的生长63

第3章 Si1-xGex/Si超晶格、量子阱的结构表征70

3.1 X射线散射和衍射70

3.1.1 X射线散射和衍射原理71

3.1.2 小角X射线衍射74

3.1.3 高角X射线衍射87

3.1.4 X射线表面散射95

3.1.5 X射线三轴(晶)衍射——二维倒空间测绘98

3.2 透射电子显微观察102

3.2.1 横截面试样制备和显微观察102

3.2.2 电子探针微区成分分析105

3.3 卢瑟福背散射谱107

3.4 俄歇电子能谱和二次离子质谱深度剖析111

第4章 Si1-xGex/Si低维结构材料的电学性质115

4.1 Si1-xGex/Si量子阱结构的C-V特性115

4.1.1 C-V法测试的基本原理116

4.1.2 量子阱结构的能带分布计算118

4.1.3 量子阱结构的C-V特性的模拟计算122

4.1.4 量子阱样品的C-V测试结果分析131

4.2 量子阱结构的导纳谱研究134

4.2.1 导纳谱的等效电路模型135

4.2.2 导纳谱的载流子热发射模型137

4.2.3 单量子阱样品的实验结果142

4.2.4 导纳谱的计算机模拟145

4.2.5 外加直流偏压对导纳谱的影响146

4.3 用导纳谱研究Si1-xGex量子阱中的量子限制效应147

4.3.1 导纳谱研究量子阱的原理147

4.3.2 单量子阱的导纳谱研究150

4.3.3 多量子阱的导纳谱研究154

4.4 用DLTS研究Si分子束外延层的界面缺陷159

4.4.1 分子束外延层与衬底界面的缺陷研究159

4.4.2 存在高密度界面缺陷层时外延样品的肖特基势垒的能带图160

4.4.3 高浓度界面缺陷的深能级暂态谱特性163

4.4.4 高密度界面缺陷的检测166

4.4.5 Si1-xGex量子阱结构的界面缺陷的研究170

第5章 Si1-xGex/Si异质结构和超晶格的光学特性181

5.1 Si1-xGex/Si超晶格的光散射特性181

5.1.1 Si、Ge和Si1-xGex合金的声子散射谱181

5.1.2 Si1-xGex/Si超晶格的折叠声子散射187

5.1.3 有限尺寸效应和多重超晶格190

5.1.4 界面展宽效应195

5.1.5 Si1-xGex/Si超晶格的光学声子散射197

5.2 Si1-xGex/Si量子阱的发光特性201

5.2.1 Si、Ge和Si1-xGex合金的带边发光谱201

5.2.2 Si1-xGex/Si量子阱的带边发光208

5.2.3 SinGem短周期超晶格的发光特性214

5.2.4 结构的非均匀起伏和无序效应217

5.3 Si1-xGex/Si异质结构的吸收、调制反射和非线性光谱220

5.3.1 Si1-xGex/Si量子阱的子带间吸收220

5.3.2 Si1-xGex/Si异质结的内光电发射226

5.3.3 Si1-xGex/Si异质结构的调制反射光谱226

5.3.4 Si1-xGex/Si超晶格的二次谐波产生228

第6章 Si基Ge量子点材料233

6.1 Si基Ge量子点材料的生长、表征及其发光特性234

6.1.1 生长Si基量子点的方法234

6.1.2 用局域Si分子束外延技术生长Si基Ge量子点235

6.1.3 自组织生长Si基Ge量子点237

6.1.4 Si基Ge量子点的热稳定性241

6.2 Si基Ge量子点的能级结构和库仑荷电效应243

6.2.1 量子点的能级结构和库仑荷电效应243

6.2.2 Si基Ge量子点的导纳谱理论245

6.2.3 Si基Ge量子点样品的导纳谱分析249

6.3 Si基Ge量子点的空穴俘获过程的研究253

6.3.1 量子点中载流子俘获的暂态过程253

6.3.2 用DLTS技术测量Ge量子点的能级结构254

6.3.3 Ge量子点中空穴俘获过程的观察257

第7章 Si1-xGex分子束外延材料的器件应用260

7.1 Si1-xGex基区HBT260

7.1.1 Si1-xGex基区对提高Si基双极型晶体管高频特性的作用260

7.1.2 Si1-xGex基区HBT器件制造工艺262

7.1.3 Si1-xGex基区HBT的低温特性265

7.2 Si1-xGex/Si埋沟MOS场效管265

7.2.1 Si1-x Gex/Si埋沟MOS场效管的特点265

7.2.2 迁移率增强效应和调制掺杂266

7.2.3 Si1-x Gex/Si MOSFET的结构与特性268

7.3 p+-Si1-x Ge/Si异质结内光电发射型红外探测器269

7.3.1 p+-Si1-x Gex/Si异质结内光电发射效应270

7.3.2 p+-Si1-x Gex/Si异质结内光电发射器件参数的选择271

7.3.3 器件特性的模拟274

7.3.4 p+-Si1-x Gex/Si异质结内光电发射型红外探测器的制作277

7.4 Si1-x Ge/Si多量子阱型探测器281

7.5 Si1-x Gex/Si光电集成电路283

索引287