选择液相外延法制备GaAsSNOM微探尖
InP_GaAs异质外延及异变InGaAs光探测器制备
液相法制备MoO3纳米结构
液相法制备MoO3纳米结构摘要“纳米”是一个长度单位，1纳米是1米的十亿分之一(1nm=10-9m）相当于头发丝直径的十万分之一。
纳米材料指的是晶粒尺寸为纳米级(10-9m)的超细材料。
纳米材料由于具有与块体材料不同的尺寸效应、体积效应、表面界面效应和宏观量子隧道效应等，使其在电子信息、化工、生物工程、医药、航空航天、国防等高尖端领域有着广泛的应用前景。
纳米材料既是一种新材料又是构成新材料的重要原料。
钼和钼合金材料不仅具有良好的耐高温强度和硬度,而且具有良好的导电、导热、抗腐蚀等性能,此广泛应用于化学化工、冶金机械及航空航天等工业领域。
三氧化钼( MoO3) 不仅是制备钼和钼合金材料的主要原料,而且本身也具有电致变色、光致变色、光催化降解及气敏等特性,因此在合成敏感元件、催化剂、快离子导体及潜在的电池电极等许多功能材料方面具有特殊用途。
制备性能优异的三氧化钼薄膜一直是研究的重点。
近年来,随着科学技术的进步,不断出现许多新型的三氧化钼薄膜制备方法。
目前已有多种制备Mo O3薄膜的方法,如蒸镀法、电化学沉积法、溅射法、溶胶-凝胶法等。
本文主要从沉淀法，水热法，化学气象沉积法，溶胶凝胶法等工艺流程来阐述MoO3的制备。
关键词:纳米,三氧化钼,液相法,纳米薄膜,钼合金材料THE LIQUID PHASE PREPARATION OF NANO MoO3ABSTR ACT"N ano" is a un it o f len gth,1nano meter is o ne hu nd red b illio nt h o f a meter (1nm =10-9 m),and it is eq u ivale nt to o ne o ver o nehu nd red tho usand the d ia meter o f a hair.Nano materia l refers to the grain size fo r the nano meter leve l (10-9m) o f sup er fine mater ia l. Because o f N ano materia ls have d ifferent size effect, sur face effect, vo lu me inter face effect and macro sco p ical q uant u m t un nel e ffect etc, when co mp ared wit h b u lk materia ls,mak in g N ano materia ls have a wid e range o f app licat io ns in electro n ic in fo rmat io n ind ustry, chemica l ind ustry,b io lo g ical en g ineerin g,med icine,aviat io n,fro nt ier defe nse etc. N ano materia l is no t o nly a k ind o f new mater ia l b ut also an imp o rtant raw materia l o f the new materia l.Mo lyb d enu m and mo lyb den u m allo y materia l no t o n ly has go o d resista nce to hig h temp erature and go o d hard ness strengt h,b ut also has goo d electr ic co nd uct iv ity,ther mal co nd uct iv ity,co rro sio n resista nce and o ther p rop erties,they are wid e ly used in chemica lind ustry,meta llurg y mecha n ical ,aero sp ace and o ther ind ustries. Three mo lyb den u m o x id e (MoO3) is no t o n ly the ma in raw mater ial tomak e mo lyb d enu m and mo lyb d enu m allo y mater ial,meanw h ile it a lso has the effect o f electro chro mic,p ho to chro mic,p ho to catalyt ic degrad atio n and characterist ics o f air sensit ive,what’s mo re,it has sp ecial use in man y funct io na l materia ls w ith d ifferentp urpo ses ,such as the synt hesis o f sens it ive co mp o nents,c atalyst,fast io n,and battery electrod es etc.The man ufacture o f t hree mo lyb den u m o x id e film w it h o utstand ing p erfo r mance has b eco me t he fo cus o f recent research.In recent years, w ith the deve lo p ment o f scient ific techno lo g y, d ifferent metho d s o f mak in g three mo lyb d enu m o x id e film app ear.Recent ly, there exists a variet y o f p rep aratio n MoO3film metho d s, such as steamed p latin g metho d, electro chemica l depo sit io n metho d, sp utter in g,so l-gel,etc. Th is artic le exp lains the p rep aratio n o f MoO3 ma in ly fro m the p ro cess o f p recip itat io n,h yd ro therma l sy nthes is, chemica l meteo ro lo g ical d epo sit io n met ho d.K EY WO RDS:nano,MoO3,liq u id p hase,mo lyb d enu m a llo y目录第一章前言 (5)§1.1纳米材料 (5)§1.1.1 纳米材料概念 (5)§1.1.2 纳米材料的结构与性能 (5)§1.2 M O O3的结构和性质 (6)§1.3 M oO3发展现状 (7)§1.3.1 纳米线/纳米棒(na no w ir e/n an or o d) (7)§1.3.2 纳米带(na no be l t/na n or ib b on) (8)§1.3.3 纳米管(na no tu b e) (8)纳米材第二章液相法制备M nO3料 (10)§ 2.1沉淀法 (11)§2.2水热法 (15)§2.2.1 无模板水热结晶法 (16)§2.2模版水热法 (19)§2.2.1 软模板水热法 (19)§2.2.2 软模板与无模板水热的比较: (22)§2.2.3硬模板水热法: (23)§2.3溶胶一凝胶流程 (24)§2.3.2 钼酸溶胶 (27)§2.4化学气相沉积法(C V D法) (28)的结构与性能 (31)第三章Mo O3§3.1 M oO3的相结构 (31)§3.2 M oO3的形貌: (32)§3.3 M o03的性能 (33)§3.3.1.电致变色及其应用 (33)§3.3.2抑烟一阻燃性及其应用 (34)§3.3.3 催化性能及其应用 (35)§3.3.4 气敏性能 (36)第四章结论和展望 (38)第一章前言1.1 纳米材料1.1.1纳米材料概念在20世纪60年代，著名的诺贝尔奖获得者F eyne man【1】曾预言：如果我们对物体微小规模上的排列作某种控制，我们就能使物体得到大量异常的特性，看到材料的性能产生丰富的变化。
一种新的激光诱导液相腐蚀法制作GaAs腐蚀孔
光电子#激光第17卷第9期2006年9月Journal of Optoelectronics#Laser V ol.17N o.9Sep.2006 #激光应用#一种新的激光诱导液相腐蚀法制作GaAs腐蚀孔*陈镇龙**,叶玉堂,刘霖,田骁,吴云峰,焦世龙,范超,王昱琳(电子科技大学光电信息学院,四川成都610054)摘要:提出了一种掩膜投影的激光诱导液相腐蚀方法,采用波长0.53L m的倍频N d:YA G连续激光器、镀Cr掩膜板、H2SO4和H2O2混合溶液,在GaA s基片上制作腐蚀孔。
通过对腐蚀原理的分析,对影响加工精度的溶液配比和激光功率密度进行了实验研究,得出了H2SO4B H2O2B H2O=4B1B20、激光功率密度11.7W/cm2的最佳实验组合,并在此条件下得到了直径为30L m的高质量腐蚀孔。
通过对腐蚀孔的横向与底面形状的分析,从改进实验装置和进行激光束空间整形2方面提出了改进的方法,对提高掩膜投影法的加工精度具有重要意义。
关键词:光电子;光化学腐蚀;腐蚀孔;GaA s中图分类号:T N249文献标识码:A文章编号:1005-0086(2006)09-1133-04A New Method of Laser-induced Wet Etching Used for Etch Hole.s Facture onGaAs WaferCH EN Zhen-long**,YE Yu-tang,LIU Lin,T IAN Xiao,WU Yun-feng,JIAO Sh-i lo ng,FAN Chao,WANG Yu-lin(School of O pt o-electr onic Infor mation,U niversit y o f Electro nic Science and T echnolog y o f China,610054,China)Abstract:A new method of laser-induced wet etching with m ask-projection,which is u sed toetch holes on GaAs wafer,is proposed.In this experiment,a CW0.53L m N d:YAG laser,achrom e mask and H2SO4-H2O2solution are used.By analyzing the principles of etching andthe m ain parameters which affect the facture quality,a high quality etch hole with30L m d-iameter is gained(The condition is:H2SO4B H2O2B H2O=4B1B20,photonintensity=11.7W/cm2).And two am eliorative m ethods,which are im portant to improve the facturequality,are brought up:am elioration of instruments an d reshaping the laser beam.As itsadvantages of exactitude and cheapn ess,this new method can be widely u sed in the areaof semiconductor.s minuteness machining.Key words:optoelectronics;photoelectrochem ical etch;etch hole;GaAs1引言激光诱导液相腐蚀制作GaA s腐蚀孔具有其独特的优势[1],精度可达到L m量级[2~5],但大多采用聚焦激光束后在基片上直接加工,制作出的腐蚀孔不仅横向形状受光束的影响,而且会因光束聚焦造成侧壁的倾斜。
液相法制备 纳米结构及特性研究
液相法制备3M o O 纳米结构及特性研究摘 要三氧化钼因其具有的特殊结构，非常适合其它小分子或离子的嵌入而受到越来越多的关注，这种特殊的层状结构使得三氧化钼具有良好的电致变色、光致变色、催化和气敏等性能。
在合成敏感元件、显示设备、智能窗、润滑油、催化剂、快离子导体以及潜在的电池电极等许多功能材料方面具有特殊的用途。
与“块状”或几微米级三氧化钼比较，纳米三氧化钼的催化活性明显提高。
对某些化学反应而言其催化作用要高出几倍甚至十几倍。
纳米三氧化钼的耐蚀性和耐氧化性也高于传统三氧化钼。
其他特性如光学电学性能等尚在研究中。
此外纳米三氧化钼是某些材料生产的前体，如钼粉、钼铝复合材料、碳化钼、氮化钼和钼钨复合材料等。
制备纳米3o O M 的各种流程：其中包括：沉淀法、水热法、CVD 法、溶胶一凝胶法、共胶凝法、微波水热法等。
本文简要介绍了其中的水热法、沉淀法、溶胶凝胶法、微波水热法制备3o O M 的制备流程与表征，综诉了水热法和溶胶凝胶法制备的样品的光电学性质，并总结了这几种方法的优点和缺点。
关键词：三氧化钼，制备，性质，反应时间，反应流程LIQUID PHASE PREPARATION OF MOLYBDENUM TRIOXIDE NANO STRUCTURE AND CHARACTERISTICSRESEARCHABSTRACTMolybdenum trioxide is geting more and more attention because of its special structure, being very suitable for other small molecules or ions embedded, this special layer structure makes the electrically induced discoloration of molybdenum trioxide has good, photochromic and catalytic gas sensitive performance.In the synthesis of sensitive element, display devices, smart Windows, lubricants, catalysts, fast ion conductors as well as potential battery electrodes in many functional materials with special purposes. And "block" or several micron grade molybdenum oxide, nano m olybdenum oxide catalytic activity increased significantly. For some chemical reaction the catalyst to several times or even dozens of times higher. Nano molybdenum oxide corrosion resistance and oxidation resistance is higher than the traditional molybdenum trioxide. Other features such as optical electrical performance is still in the study. Moreover nano molybdenum trioxide is a precursor of certain materials, such as molybdenum powder, molybdenum, aluminum composite material, molybdenum tungsten and mol ybdenum carbide and molybdenum nitride composite materials, etcPreparation of nanometer process: including precipitation method, hydrothermal method, a CVD method, sol-gel method, total gelation method, microwave hydrothermal method, etc. This paper briefly introduces the hydrothermal method, precipitation method, sol-gel method, the preparation process and the characteristic of microwave hydrothermal method, and summarizes the advantages and disadvantages of these methods.KEY WORDS: Molybdenum trioxide, preparation, properties, response time, Reaction process目 录第一章 前 言 (1)§1.1 纳米材料简介 (1)§1.2 纳米材料的特性及应用 (1)§1.2.1 纳米材料的特性 (1)§1.2.2 纳米材料的应用状况与前景 (2)§1.3 纳米3Mo O 的结构与特性 (2)§1.3.1 3MoO 的结构与特性 (2)§1.3.2 3MoO 的应用 (3)§1.4 3MoO 的发展现状 (3)§1.4.1 3MoO 的发展历程 (3)§1.4.2 3MoO 的制备方法 (4)§1.5 选题依据 (4)第二章 3o O M 的制备与特性研究 (5)§2.1 水热法 (5)§2.2 沉淀法 (8)§2.3 溶胶-凝胶法 (10)§2.4 微波水热法 (14)第三章 3MoO 的性质测试 (20)§3.1 3MoO 的性质综述 ............................................................ 20 §3.2 3MoO 的光电学性质 .. (21)第四章 结论与展望 (22)§4.1 结论 (22)§4.2 展望................................................................................. 23 参考文献 ................................................................................................... 24 致 谢 (27)第一章前言§1.1 纳米材料简介所谓纳米材料，从广义上讲，指的是在三维空间中至少有一维处在纳米尺度的范围之内(即1-100nm)，或者是由它们作为基本单元而构成的材料，根据原子的直径大小，这一尺度相当于10-100个原子紧密地排列在一起。
化合物半导体材料基础
MOVPE技术主要特点有：
生长化合物晶体的各组分和掺杂剂都以气态通入反应器。可精确控制各种气体的流量，控制外延 层的成分、导电类型、载流子浓度、厚度等特性。可以生长纳米级的薄层和多层结构。 反应器中气体流速快，气体改变迅速，改变多元化合物组分和杂质浓度时，杂质分布陡峭，过渡 层薄，利于生长异质和多层结构。 晶体生长是以热分解方式进行，是单温区外延生长，需要控制的参数少，设备简单。便于多片和 大片外延生长，有利于批量生长。 晶体的生长速度与金属有机源的供给量成正比，因此改变其输入量，可以大幅度地改变外延生长 速度。
掺杂和界面平整度的半导体超薄层单晶薄膜制备技术，可用以直接 生长制备出二维、一维、零维的纳米结构。
2.溅射 溅射过程可定义为因受到高能投射粒子的撞击而引起的靶粒子喷 射。溅射是物理过程而不是化学过程。因此该技术极适于生长熔点 和蒸汽压大不相同的元素组分所构成的化合物与合金。 主要溅射方法包括：1.辉光放电溅射 2.离子束溅射
○ MOVPE技术是于1968年提出来的生长化合物半导体薄层晶体的方法，又称 为MOCVD，它是采用Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和Ⅴ族、Ⅵ族元素的氢 化物等作为晶体生长的原材料，以热分解方式在衬底上进行外延生长Ⅲ-Ⅴ族、 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元化合物的薄层单晶。
○ 例如用TMG与AsH3反应生长GaAs。 ○ Ga（CH3）3 + AsH3 GaAs + CH4
源及反应产物中不含有HCl一类腐蚀性的卤化物，因此生长设备和衬底不被腐蚀，自掺杂比较低。
MOVPE工艺流程示意图
4.3.2 液相外延生长
液相外延技术（LPE），是一种从生长界面处于饱和状态 的熔融溶液中进行沉积，借以在单晶衬底上生长外延层的技 术。
液相外延技术制备极低缺陷密度Si SiO2SO
液相外延技术制备极低缺陷密度SiSiO2SO液相外延技术制备极低缺陷密度Si/SiO2SOI结构2011年08月03日液相外延技术制备极低缺陷密度Si/SiO2SOI结构射频世界摘要：介绍了液相外延技术制备Si/SiO2SOI结构的方法、系统和几个重要环节及当前发展状况，同时指出液相外延技术对制备极低缺陷密度SOI 结构具有广阔前景。
关键词：液相外延横向外延过生长 SOI 缺陷密度薄膜Preparation of Si/SiO2 SOI in Low Density of Defect by LPEAbstract This paper introduces the liquid phaseepitaxy(LPE)of Si/SiO 2 silicon on insulator(SOI)including the principle,growth system,key procedure s and some invol-ving problems.LPE is a promising methed for preparing the SOI with low density of defects.Keywords LPE，ELO，SOI，Density of defects，Thin film1 前言随着硅超大规模集成电路线宽的不断降低、封装密度的不断增加和速度的提高，要求进一步降低寄生电容、锁存效应和高的串扰电容。
而在SOI(silicononinsulator)材料上形成的电子器件是制造在非常薄的硅膜上的，较之体硅上的电子器件，有诸多优点［1，2］，如优良的横向绝缘性、无锁存效应，提高封装密度，提高电路的集成度和速度，抗辐射，耐高温，可实现三维集成等。
Si/SiO2SOI结构作为半导体材料中一类重要的硅基材料，不但在工艺上与体硅工艺相兼容，而且SOI-MOSFET具有极好的等比例缩小性，使得SOI 技术在深亚微米VLSI技术中的应用具有很大的吸引力。
液相外延实验讲义
液相外延实验外延生长是半导体材料和器件制造的重要工艺。
从饱和溶液中在单晶衬底上生长外延层的方法称液相外延（Liquid Phase Epitaxy，LPE）。
例如，GaAs外延层就可从以Ga为溶剂、As为溶质的饱和溶液中生长出来。
液相外延方法是在1963年由纳尔逊（Nelson）提出的。
与其他外延技术相比，液相外延有以下优点：1．生长设备比较简单；2．生长速率快；3．外延材料纯度比较高；4．掺杂剂选择范围较广泛；5．外延层的位错密度通常比它赖以生长的衬底要低；6．成分和厚度都可以比较精确的控制，重复性好；7．操作安全，没有汽相外延中反应气体和反应产物所造成的高毒、易燃、易爆和强腐蚀等危险。
液相外延技术的出现，对于化合物半导体材料和器件的发展起了重要的推动作用。
目前这一技术已广泛用于生长GaAs、GaAlAs、GaP、InP、GaInAsP等半导体材料和制作发光二极管、激光二极管、太阳能电池、微波器件等。
液相外延的最大缺点是当外延层与衬底的晶格失配大于1%时生长发生困难。
其次，由于生长速率较快，难以得到纳米厚度的外延材料。
此外，外延层的表面形貌一般不如汽相外延的好。
一、实验目的：1．了解液相外延生长技术的基本原理和设备构成；2．学会使用液相外延生长装置制备适用于光电子器件制作的多层化合物半导体材料；二、实验仪器：1．TG332-A型微量天平。
用于生长源称量，使用说明书见附件1；2．由UJ31型低电势直流电位差计、AC15/1型直流复射式检流计、标准电池和甲电池以及铂铑热电偶组成的测温装置，用以生长温度监测；3．J WC-10型精密液相外延系统，由以下主要部分组成：1）可编程精密自动温控仪；2）轨道滑动炉体及支撑架；3）石英生长室（反应管）；4）水平滑动石墨生长舟和石英舟托；5）不锈钢密封接口和推动装置；6）有机玻璃操作箱及支撑架；7）机械真空泵；8）氢气管路及控制阀；9）B G-5型氢气净化仪。
整套系统配置示意图如图1所示，使用说明书见附件2。
GaAs-Al MSM器件设计及毛细力辅助飞秒激光3D微纳加工
GaAs-Al MSM器件设计及毛细力辅助飞秒激光3D微纳加工GaAs是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,具有禁带宽度大、击穿电压高、抗辐照能力强、化学性能稳定优点。
由GaAs基或GaAs直接制作的器件,在器件反应灵敏度、线性响应、综合性能方面都有很大的优势。
而金属-半导体-金属(MSM)结构的器件因其平面型,工艺简单,便于集成等优点倍受青睐。
因此,近年来,用GaAs材料制备的MSM光电探测器是人们研究的热门课题之一。
本文研究了GaAs基MSM器件的光电特性。
首先对MSM电探测器的基本结构和工作原理进行了讨论,并提出了改善MSM光电探测器性能的方法;然后,使用FDTD仿真研究了 Al光栅MSM探测器各项结构参数对器件性能的影响;结果表明,Al光栅MSM探测器的性能可以与Au光栅探测器性能媲美,并且在波长为600 nm-750nm的范围内,Al光栅探测器的性能比Au光栅探测器的性能更优,另外,Al 金属价格低廉,可以大大降低生产成本。
良好的微纳结构是很多前沿科学产生重大突破的前提,所以探索微纳结构的制作方法目前已经成为世界各国的研究热点。
飞秒激光双光子聚合(Two Photon Polymerization,TPP)作为一种强大的、有潜力的三维微纳加工方法,在与物质相互作用过程中具有作用时间短、热影响区域小、加工精度高等独特的优点,并可以加工多种工程材料(如聚合物、陶瓷、金属、杂化材料等)的任意复杂的三维结构。
因此被广泛应用在微光学器件、电子、通信、生物医学、微流体器件、微机电系统、超材料等领域。
利用飞秒激光直写技术,人们已经成功的制备了各种器件构型的高质量二维和三维微纳光子器件。
本文便是使用飞秒激光直写技术加工出微柱结构,并将毛细力自组装作为辅助方法,制备各种复杂结构。
分析了微柱自组装的条件:FC>FE;均匀分布的微柱阵列受随机缺陷和溶液蒸发过程中的不稳定因素的影响,自组装图案较为随机,为了实现对自组装的控制,提出了在微柱间增加额外间距的方法。
液相外延和分子束外延
液相外延液相外延【liquid phase epitaxy】由溶液中析出固相物质并沉积在衬底上生成单晶薄层的方法。
液相外延由尼尔松于1963年发明，成为化合物半导体单晶薄层的主要生长方法，被广泛的用于电子器件的生产上。
薄层材料和衬底材料相同的称为同质外延，反之称为异质外延。
液相外延可分为倾斜法、垂直法和滑舟法三种，其中倾斜法是在生长开始前，使石英管内的石英容器向某一方向倾斜，并将溶液和衬底分别放在容器内的两端；垂直法是在生长开始前，将溶液放在石墨坩锅中，而将衬底放在位于溶液上方的衬底架上；滑舟法是指外延生长过程在具有多个溶液槽的滑动石墨舟内进行。
在外延生长过程中，可以通过四种方法进行溶液冷却：平衡法、突冷法、过冷法和两相法。
与其他外延方法相比；它具有如下的优点：1）生长设备比较简单，；2）有较高的生长速率；3）掺杂剂选择范围广；4）晶体完整性好，外延层位错密度较衬底低；5）晶体纯度高，生长系统中没有剧毒和强腐蚀性的原料及产物，操作安全、简便等。
LPE的不足在于，当外延层与衬底晶格常数差大于1%时，不能进行很好的生长。
其次，由于分凝系数的不同，除生长很薄的外延层外，在生长方向上控制掺杂和多元化合物组合均匀性遇到困难。
再者LPE的外延层表面一般不如气相外延好。
分子束外延Molecular Beam Epitaxy内容分子束外延的英文缩写为ＭＢＥ，这是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。
在超高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热而产生的蒸气，经小孔准直后形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。
该技术的优点是：使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。
用这种技术已能制备薄到几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子阱微结构材料。
GaAs微探尖的选择液相外延制备技术研究的开题报告
GaAs微探尖的选择液相外延制备技术研究的开题报告一、研究背景及意义芯片集成电路技术正在飞速发展，为了满足这一领域中需要小尺寸、高性能器件的要求，扫描隧道显微镜（STM）成为了非常重要的研究工具。
而较细小的扫描隧道显微镜探针所需要的微探尖也需要相应的进一步设计和研究。
本次研究旨在选择合适材料及技术，制备高性能、高稳定性的探针微探尖对于实现高分辨率的扫描隧道显微镜具有重要意义。
二、研究内容及方法本次研究的主要内容包括以下几方面：1. 研究选择合适的材料以制备高性能微探尖；2. 探究选择液相外延制备技术的优势，制备GaAs微探尖；3. 通过实验考察外延层生长条件对GaAs微探尖形貌等性能的影响。
本次研究采用实验分析与计算机模拟相结合的方法，提高研究效果。
三、研究预期成果本次研究将可以选好金属材料，提高制备微探尖的质量。
研究过程中还可以探究选择液相外延制备技术的优点，进一步提高探针的制备效率和质量。
最后，可以通过实验和计算机模拟，预测外延层生长条件对GaAs微探尖形貌等性能的影响。
四、研究的难点本次研究的难点包括：1. 材料的选择，以及如何保证微探尖的制备质量；2. 液相外延制备技术的优化，提高GaAs微探尖生长质量；3. 对于制备条件的优化，以及外延层生长参数的选择等。
五、研究计划本次研究的计划如下：1. 前期开始研究与计算机模拟工作，选择一些常用的金属材料进行比对。
2. 根据前期的研究成果，选择较佳的制备材料来制备微探尖。
3. 探究液相外延制备技术，制备GaAs微探尖。
4. 研究外延层生长时的生长条件，探究生长参数的选择。
5. 最后，通过实验和计算机模拟，预测外延层生长条件对GaAs微探尖形貌等性能的影响。
六、研究进度安排1. 前期准备（2周）2. 材料选择及比对以及计算机模拟（8周）3. 微探尖制备及外延生长技术探究（20周）4. 外延层生长条件探究与实验（20周）5. 对实验结果进行分析，并对研究成果进行总结（4周）七、预计研究经费本次研究主要预计经费用于材料的采购和制备以及实验室的租赁等。
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第26卷 第6期2005年6月半 导 体 学 报CHIN ESE J OURNAL OF SEMICONDUCTORSVol.26 No.6J une ,20053国家自然科学基金(批准号:60377005),辽宁省科学技术基金(批准号:20022133)资助项目 张红治 女,1981年出生,硕士研究生,目前从事半导体材料和器件的研究. 2004208213收到,2004210221定稿Ζ2005中国电子学会选择液相外延法制备G aAs SNOM 微探尖3张红治 胡礼中 孙晓娟 王志俊 梁秀萍(大连理工大学三束材料改性国家重点实验室,大连 116024)摘要:使用G aAs (001)衬底模拟垂直腔面发射激光器(VCSEL )外延片表面,采用选择液相外延技术在其上面制备了用于超高密度光存储的扫描近场光学显微术GaAs 微探尖阵列,并用扫描电子显微镜对微探尖阵列进行了表征.结果表明,在合适的条件下,微探尖呈金字塔状,并且有着较好的分布周期性.这对解决微探尖与VCSEL 出光窗口的对准问题、批量制备问题和实现多探尖并行扫描具有实际应用价值.关键词:选择液相外延;微探尖;扫描近场光学显微术PACC :0779;4280T ;6150C中图分类号:TN305 文献标识码:A 文章编号:025324177(2005)06211782041 引言信息技术的飞速发展要求实现超高密度光信息存储和不断提高器件的工作速度.扫描近场光学显微术(SNOM )最重要的潜在应用之一就是超高密度光信息存储.G orecki 等人[1]在2000年提出一种以垂直腔面发射激光器(VCSEL )为基础构造的微型单片集成式SNOM 传感器.这种由pin 探测器、VCSEL 和金字塔状微探尖三个基本结构单元构成的单片式SNOM 传感器具有结构小巧紧凑、工作稳定性好的优点.目前,采用分子束外延(MB E )和金属有机物化学气相沉积(MOCVD )技术制备具有pin 探测器的VCSEL 结构外延片已经不成问题,需要解决的关键问题是开发与VCSEL 制作工艺相容的微探尖制作技术,这已成为SNOM 超高密度光存储走向实用化必须解决的关键性问题.现在国内外制备GaAs 微探尖的方法主要有以下几种:Heisig 等人提出的湿刻法[2～4],Bauhuis 等人提出的MOCVD 法[5],以及我们研究小组在2001提出的自组织液相外延方法[6,7]等.本文报道一种以选择生长为基础的分布周期和尺寸可控的适合单片式SNOM 微探尖的制作方法,其基本思想是在已经外延生长好pin 探测器的VC 2SEL 晶片表面沉积一层氧化物薄膜,通过常规的光刻和腐蚀手段在氧化物薄膜上形成周期和尺寸一定的窗口阵列,然后利用氧化膜对外延生长的阻断作用,在窗口中外延生长出可与VCSEL 出光窗口尺寸匹配并对准的GaAs 微探尖.2 实验首先采用液相沉积(L PD )方法在GaAs 衬底上沉积一层SiO 2薄膜[8,9],厚度为几十nm ,生长温度为40℃.然后采用常规的光刻和腐蚀方法[10]在SiO 2薄膜上形成周期和尺寸一定的方形微探尖阵列的选择生长窗口.窗口尺寸为20～60μm.所用的腐蚀液为稀释的氢氟酸(HF ∶H 2O =1∶7),具体的腐蚀时间视薄膜厚度而定,一般在10s 左右.最后利用常规的液相外延技术在基片的窗口中选择生长出微探尖阵列.这里外延时的生长温度介于810～830℃之间,降温速率介于1～2℃/min ,生长时间视窗口尺寸大小而定.3 结果与分析3.1 实验结果图1为所生长的微探尖阵列的SEM 照片,金第6期张红治等: 选择液相外延法制备G aAs SNOM 微探尖字塔状的微探尖整齐地分布在晶片表面上.图2为一单个微探尖的SEM 照片,从图中可以看出微探尖底面为正方形,围成金字塔状微探尖的四个侧面为{111}面,其中两个对面为{111}A 面,另外两个为{111}B 面.这说明在我们的实验中,{111}A 和{111}B 面的生长速率是相等的.但是在微探尖的一个侧面可以观察到一个瑕疵点.图1 GaAs 微探尖阵列的SEM 照片Fig.1 SEM image of G aAs microtiparray图2 单个GaAs 微探尖的SEM 照片Fig.2 SEM image of a single G aAs microtip3.2 理论分析3.2.1 生长机理首先,液相外延是在晶体结构和晶格常数与生长层足够相似的单晶衬底上生长,使相干的晶体结构得以延续[11].一般情况下,晶格常数的失配率要控制在1%的范围内.正是由于这种原因,SiO 2膜会对GaAs 的液相外延生长起到阻断的作用,达到周期性选择生长的目的.其次,给出关于微探尖形貌的生长理论.一般说来,晶体的生长速率具有各向异性.在给定的生长驱动力作用下,晶面的生长速率决定于晶面的生长机制和生长的动力学规律,而晶面的生长机制和生长动力学规律又决定于晶面的微观结构.在自由生长系统中,任意一晶面的生长速率是恒定的,或者各晶面的生长速率比值恒定,因而晶体的三维形态决定于生长速率的各向异性[12].我们使用(001)方向的GaAs 衬底,在整个生长过程中{111}晶面族生长速率最慢.晶体生长快面隐没、慢面显露的原理决定我们生长的微探尖为由四个{111}面(两个{111}A 面,两个{111}B 面)围成的金字塔尖.这里探尖的尺寸决定于SiO 2薄膜上所开窗口的尺寸.通过计算可以得出微探尖两个对面的夹角θ约为71°.假设探尖底边尺寸为a ,得到探尖高度h =a2ctg θ2=a2ct g3515°,很明显,探尖的高度决定于探尖的底边尺寸,不可人为随意改变,这一点在很大程度上不同于光纤探尖[13].3.2.2 影响微探尖生长的几个主要因素(1)外延生长时的降温速率所谓的液相外延就是由饱和或过饱和溶液在单晶衬底上定向生长晶体材料,它的基础是溶质在液态溶剂中的溶解度随着温度的降低而减少[14].由于我们采用薄生长液和快速降温生长过程,所以通常的扩散机制在这里不起主导作用,晶体生长的主要驱动力来自系统内部的温度梯度.因此,外延时的降温速率对微探尖的生长是至关重要的.经过反复的实验与摸索,发现微探尖生长过程中的降温速率应该控制在1～2℃/min.如果降温速率低于018℃/min ,生长驱动力过小,在生长窗口中就会有圆包形成,如图3所示.分析表明,该圆包不是生长的晶体,而是残留的生长液.但是如果降温速率过大(>2℃/min ),晶体的生长驱动力会过大,带来的直接后果是生成晶体形状的不可控性.此时生成形状怪异的平台,如图4所示.图3 降温速率过小时形成的圆包的SEM 照片Fig.3 SEM image of the round formed under insuffi 2cient cooling rate9711半 导 体 学 报第26卷图4 降温速率过大时生成的不规则平台的SEM照片Fig.4 SEM image of the irregular terranes grown un2 der overlarge cooling rate(2)生长温度液相外延时的生长温度是直接影响微探尖生长的另一个重要因素.实验结果表明,温度越高,晶体越容易生长.但是由于受到衬底材料的限制,外延生长温度不应高于830℃.因为如果生长温度高于830℃,相应的熔源温度将接近900℃,此时GaAs 衬底容易汽化.反之,当温度低于810℃时,微探尖则不易生长.一般情况下,最佳的外延生长温度应控制在810～825℃.(3)光刻与腐蚀在光刻和腐蚀的过程中一定要严格控制显影时间和腐蚀时间.如果时间过长,会使外延窗口形状发生改变,从而影响微探尖的生长;如果时间过短,则会导致SiO2膜的残留,使外延生长失败.此外,SiO2膜的厚度与致密性、氢气的质量、脱氧时间的长短都会影响到微探尖的生长.4 结论选择液相外延法制备GaAs周期性微探尖,不仅省略了探尖转移的步骤还解决了微探尖与VC2 SEL出光窗口的对准问题,并使批量生产成为可能.此种方法与MOCVD方法比较起来,整个实验过程安全性高、重复性好,设备简单经济,而且生长速率要远远大于MOCVD方法,更适合大尺寸的微探尖生长.与化学腐蚀方法比较起来,液相外延方法生长的微探尖表面更加平整.但是,目前利用此种方法生长微探尖在技术上还存在不足,例如在探尖的侧面残留生长液的问题还有待解决.在未来的时间里,将进行更加深入的研究,使此种方法得到不断的完善和发展.参考文献[1] G orecki C,Khalfallah S,Kawakat su H,et al.New SNOMsensor using optical feedback in a VCSEL2based compound2cavity.Sensors and Actuators A,2001,87(3):113[2] Heisig S,Steffens W,Oesterschulze E.Optical active galliumarsenide probes for scanning probe microcsopy.Proceedingsof SPIE,1998,3467:305[3] Heisig S,Oesterschulze E.Gallium arsenide probes for scan2ning near2field probe microscopy.Appl Phys A,1998,66(7):385[4] Khalfallah S,G orecki C,Podlecki J,et al.Wet2etching fabrica2tion of multilayer GaAlAs/GaAs microtips for scanning near2field optical microscopy.Appl Phys A,2000,71(2):223 [5] Bauhuis G J,Mulder P,Van Kempen H.Tip formation of mi2crometer scale GaAs pyramid structures grown by MOCVD.JCryst Growt h,2002,240(1/2):104[6] Hu Lizhong,Sun Jie,Meng Qingduan,et al.Al0.3Ga0.7As mi2crotips grown by self2assembled L PE for integrated SNOMsensors.J Cryst Growt h,2002,240(1/2):98[7] Su Y ingmei,Hu Lizhong,Sun Jie,et al.Self2organized L PEgrowt h of Al0.3Ga0.7As microtips for integrated SNOM sen2sors.Proceedings of SPIE,2002,4923:41[8] Nagayama H,Honda H,Kawahara H.A new process for sili2ca coating.J Electrochem Soc,1988,135:2013[9] Huang C J,Shih W C.Optimization of pretreat ment for liquid2phase deposition of SiO2on AR TON plastic substrate.J Elec2tron Mater,2003,32(6):478[10] Zhang Long,Dong Wei,Zhang Xindong,et al.Fabricationtechnique of bulk2silicon micro2optical switch in(110)sili2con.Chinese Journal of Semiconductors,2004,25(1):99(inChinese)[张龙,董玮,张歆东,等.利用(110)硅片制作体硅微光开关的工艺研究.半导体学报,2004,25(1):99][11] Keit h H C,Pisani M B.Heterojunction laser.Beijing:NationalDefence Industry Press,1985:109(in Chinese)[凯西H C,帕尼什M B.异质结构激光器.北京:国防工业出版社,1985:109][12] Min Naiben.Physics basic of crystal growt h.Shanghai:Shanghai Scientific and Technical Publishers,1982:434(inChinese)[闵乃本.晶体生长的物理基础.上海:上海科学技术出版社,1982:434][13] Sun Jialin,Xu Jianhua,Tian Guangyan,et al.Fabrication andapplication of near2field optical fibre probe.Chinese Physics,2001,10(7):631[14] Yang Shuren,Ding Moyuan.Epitaxy growt h technology.Bei2jing:National Defence Industry Press,1992:304(in Chinese)[杨树人,丁墨元.外延生长技术.北京:国防工业出版社,1992:304]0811第6期张红治等: 选择液相外延法制备G aAs SNOM微探尖1811G aAs Microtips G row n by Selective LPE for SNOM Sensors3Zhang Hongzhi,Hu Lizhong,Sun Xiaojuan,Wang Zhijun,and Liang Xiuping(S tate Key L aboratory of M aterials Modi f ication by L aser,Ion and Elect ron Beams,Dalian Universit y of Technolog y,Dalian 116024,China)Abstract:Selective liquid phase epitaxy(L PE)is used to fabricate GaAs microtip s for scanning near2field optical microscopy (SNOM)sensors.The(001)G aAs substrates are used instead of the wafers of a vertical2cavity surface2emitting laser during the preliminary experiments.Scanning electron microscopy(SEM)images show that in appropriate conditions the microtips are pyramid2like and distribute uniformly on the wafers.This method not only settles the problem of aligning the microtip s with light2emitting windows of VCSEL,but also has practical values in batch production and parallel scanning with several microtips. K ey w ords:selective L PE;microtips;SNOMPACC:0779;4280T;6150CArticle ID:025324177(2005)06211782043Project supported by t he National Natural Science Foundation of China(No.60377005),t he Science&Technology Foundation of Liaoning Province(No.20022133) Zhang Hongzhi female,was born in1981,postgraduate.Her current research focuses on semiconductor materials and devices. Received13August2004,revised manuscript received21October2004Ζ2005Chinese Institute of Electronics。