半導(dǎo)體薄膜的制備實(shí)驗(yàn)的特殊及教學(xué)嘗試

1、半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試1半導(dǎo)體薄膜的制備實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系郵政編碼：230026telax-mail:許小亮 徐軍 劉洪圖半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試2四級(jí)物理實(shí)驗(yàn)的宗旨按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)普遍性、難易程度與學(xué)生知識(shí)水平相適應(yīng)分為四級(jí)實(shí)驗(yàn)一級(jí)實(shí)驗(yàn)：基本操作與測量，普及型二、三級(jí)實(shí)驗(yàn)：逐步增加綜合性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例及難度，由教師安排，過渡到學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己準(zhǔn)備儀器完成實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)綜合思維和創(chuàng)造能力。四級(jí)實(shí)驗(yàn)以科研實(shí)踐為主題，以科學(xué)研究的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立科

2、研的能力。半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試3達(dá)到以上要求的難點(diǎn)（對(duì)三、四級(jí)實(shí)驗(yàn)而言） （1）三、四級(jí)實(shí)驗(yàn)的對(duì)象是理科和物理類學(xué)生，有幾百人參加。設(shè)備和師資有限，可能帶來如下問題： 設(shè)備總量將嚴(yán)重不足 實(shí)驗(yàn)周期大大拉長，指導(dǎo)教師工作量大大增加 （2）由于增加了具有時(shí)代性和先進(jìn)性的現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)，引入了一些大型或高精尖設(shè)備，不可能讓每人得到充分的操作訓(xùn)練，可能帶來如下問題： 實(shí)驗(yàn)設(shè)備少，操作受限；操作規(guī)程過于規(guī)范，束縛思維 實(shí)驗(yàn)先進(jìn)，大大超前理論：知其然不知其所以然 實(shí)驗(yàn)標(biāo)題及方法固定，實(shí)際上就難以切入真正的科研半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試4解決方法： （1）實(shí)驗(yàn)閑隙

3、中（如抽真空等待時(shí)），以計(jì)算機(jī) 演示的方式，向同學(xué)講解： 固體物理和半導(dǎo)體物理預(yù)備知識(shí) 實(shí)驗(yàn)原理和操作規(guī)程 （2）每次實(shí)驗(yàn)必須打開真空室，結(jié)合實(shí)物講解 （3）請(qǐng)同學(xué)自己總結(jié)問題和提出問題 （4）利用學(xué)期近結(jié)束時(shí)的開放時(shí)間安排科研實(shí)踐 活動(dòng)半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試5下是計(jì)算機(jī)部分演示 一、zno透明導(dǎo)電薄膜和金屬電極的制備 (1)預(yù)備知識(shí)：半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性（為沒有學(xué)過“固體物理”的學(xué)生準(zhǔn)備,另有演示,此處從略） 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu), 晶格、晶向、晶面和它們的標(biāo)志, 半導(dǎo)體的幾種常見結(jié)構(gòu)（金剛石型結(jié)構(gòu)，閃鋅礦、纖鋅礦結(jié)構(gòu)，氯化鈉結(jié)構(gòu)） 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶: 原子的能級(jí)

4、和晶體的能帶（導(dǎo)帶，禁帶和價(jià)帶） 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷能級(jí)，間隙位與替位位，施主與受主，補(bǔ)償，n型與p型半導(dǎo)體，缺陷與位錯(cuò)，半導(dǎo)體中的摻雜zno薄膜的制備半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試6透明導(dǎo)電zno薄膜及金屬電極的制備演示 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系 薄膜制備及性能測試實(shí)驗(yàn)室半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試7實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹三三. 金屬電極制備金屬電極制備 四四 . 磁控濺射制備磁控濺射制備zno薄膜薄膜五五. 相關(guān)準(zhǔn)備工作相關(guān)準(zhǔn)備工作-化學(xué)清洗和靶材制備化學(xué)清洗和靶材制備 二二. zno薄膜的基本性質(zhì)薄膜的基本性質(zhì)一一. 薄膜材料簡介薄膜材料簡介半導(dǎo)體

5、薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試8（1 1）薄膜材料）薄膜材料 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：材料科學(xué)、能源、信息 、微電子工業(yè)等;尤其寬 禁帶半導(dǎo)體光電功能材料，已成為各國研究的重 點(diǎn)。 研究目的研究目的：利用新材料制備具有最佳性能的器件 提高 生產(chǎn)率，降低成本; 發(fā)展方向發(fā)展方向：透明導(dǎo)電薄膜、具有低電阻、 高透射率等 可作為透明導(dǎo)電窗口.（2 2）znozno薄膜及金屬電極的制備實(shí)驗(yàn)方法：薄膜及金屬電極的制備實(shí)驗(yàn)方法： 用摻氧化鋁的氧化鋅粉末靶 真空蒸發(fā)或磁控濺射 制備半導(dǎo)體透明導(dǎo)電薄膜測量薄膜的光電特性.一、薄膜材料簡介一、薄膜材料簡介半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試9二

6、、二、zno薄膜的基本性質(zhì)薄膜的基本性質(zhì)幾種寬禁帶半導(dǎo)體基本性質(zhì)比較幾種寬禁帶半導(dǎo)體基本性質(zhì)比較 半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試10 1 1、真空蒸發(fā)原理：真空蒸發(fā)原理： 真空條件下真空條件下-蒸發(fā)源材料加熱蒸發(fā)源材料加熱-脫離材料表面束縛脫離材料表面束縛-原子分子作直原子分子作直線運(yùn)動(dòng)線運(yùn)動(dòng)-遇到待沉積基片遇到待沉積基片-沉積沉積成膜。成膜。 2 2、真空鍍膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：、真空鍍膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： （1 1）真空鍍膜室）真空鍍膜室 （2 2）真空抽氣系統(tǒng)）真空抽氣系統(tǒng) （3 3）真空測量系統(tǒng)真空測量系統(tǒng) 三、真空蒸發(fā)制備金屬電極三、真空蒸發(fā)制備金屬電極半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)

7、的特殊性及教學(xué)嘗試11旋片泵結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖旋片泵結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試12擴(kuò)散泵結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖擴(kuò)散泵結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試13渦輪分子泵結(jié)構(gòu)示意圖渦輪分子泵結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試14熱偶規(guī)工作原理：熱偶規(guī)工作原理： 一對(duì)熱電偶一對(duì)熱電偶a a、b b與一對(duì)加熱鎢絲焊接在一起，與一對(duì)加熱鎢絲焊接在一起，在電流恒定不變時(shí)，熱絲溫度取決于管內(nèi)氣體的在電流恒定不變時(shí)，熱絲溫度取決于管內(nèi)氣體的熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率k k，k k正比于分子平均自由程和氣體濃度正比于分子平均自由

8、程和氣體濃度. .在在-1-1托至托至-4-4托范圍內(nèi)托范圍內(nèi), ,隨著真空度的提高隨著真空度的提高, ,電偶電動(dòng)電偶電動(dòng)勢也增加勢也增加, ,因而可由熱電偶電動(dòng)勢的變化來表示管因而可由熱電偶電動(dòng)勢的變化來表示管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)內(nèi)氣體的壓強(qiáng). .( (需要注意的是需要注意的是, ,當(dāng)真空度更高時(shí)當(dāng)真空度更高時(shí), ,由于熱傳導(dǎo)非常由于熱傳導(dǎo)非常小小, ,電偶電動(dòng)勢變化不明顯電偶電動(dòng)勢變化不明顯時(shí)時(shí), ,就需要改用其它方法就需要改用其它方法測量了測量了) )真空測量系統(tǒng)真空測量系統(tǒng)-熱偶規(guī)熱偶規(guī)半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試15熱陰極電離規(guī)工作原理熱陰極電離規(guī)工作原理: 從發(fā)射極從發(fā)

9、射極f發(fā)射出電子發(fā)射出電子,經(jīng)過柵極經(jīng)過柵極g使電子加速使電子加速,加速加速電子打中管內(nèi)氣體分子時(shí)電子打中管內(nèi)氣體分子時(shí),使使氣體分子電離氣體分子電離,正離子被收集正離子被收集極極c吸收吸收,收集極電路中的微收集極電路中的微安表記錄正離子流安表記錄正離子流ii的變化的變化,而電子流在柵極附近作若干而電子流在柵極附近作若干次振蕩后被柵極吸收次振蕩后被柵極吸收,由柵極由柵極電路中的毫安表記錄電子流電路中的毫安表記錄電子流ie. 需要注意的是需要注意的是:真空度低于真空度低于-3托時(shí)不能用電離規(guī)直接測量托時(shí)不能用電離規(guī)直接測量,原因是在低真空條件下原因是在低真空條件下,加熱的加熱的燈絲容易氧化而燒斷

10、燈絲容易氧化而燒斷.真空測量系統(tǒng)真空測量系統(tǒng)-熱陰極電離規(guī)熱陰極電離規(guī)半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試16以蒸鋁為例：以蒸鋁為例：（1 1）懸掛鋁絲；）懸掛鋁絲； （2 2）基片清洗及放置；）基片清洗及放置；（3 3）系統(tǒng)抽真空；）系統(tǒng)抽真空；（4 4）襯底預(yù)熱；）襯底預(yù)熱；（5 5）預(yù)蒸；）預(yù)蒸；（6 6）蒸發(fā)；）蒸發(fā)；（7 7）停機(jī)。）停機(jī)。真空蒸發(fā)鍍膜工藝真空蒸發(fā)鍍膜工藝半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試17 濺射原理：濺射原理： 所謂濺射，就是向高真空系統(tǒng)內(nèi)加入少量所需氣體（如氬、氧、氮等），氣體分子在強(qiáng)電場的作用下電離而產(chǎn)生輝光放電。氣體電離后產(chǎn)生的帶正

11、電荷的離子受電場加速而形成為等離子流，它們撞擊到設(shè)置在陰極的靶材表面上，使靶表面的原子飛濺出來，以自由原子形式與反應(yīng)氣體分子形成化合物的形式沉積到襯底表面形成薄膜層。（也稱陰極濺射法）四、磁控濺射法制備透明導(dǎo)電四、磁控濺射法制備透明導(dǎo)電zno薄膜薄膜半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試18磁控射頻濺射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)磁控射頻濺射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試19磁控射頻濺射工作原理磁控射頻濺射工作原理洛侖茲力：洛侖茲力：f f = q( e + v b )半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試202 2、基片清洗的一般程序、基片清洗的一般程序: : 去油

12、去油 去離子去離子 去原子去原子 去離子水沖洗去離子水沖洗1 1、化學(xué)清洗的概念和方法、化學(xué)清洗的概念和方法: :3 3、常見金屬材料的清潔處理、常見金屬材料的清潔處理: : （1 1）鎢絲）鎢絲 （2 2）鋁絲）鋁絲4 4、實(shí)驗(yàn)用具的清潔處理、實(shí)驗(yàn)用具的清潔處理: : （1 1）玻璃器皿）玻璃器皿 （2 2）石英器皿）石英器皿 （2 2）金屬用具）金屬用具 （3 3）石墨工具）石墨工具實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作一實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作一 ：化學(xué)清洗：化學(xué)清洗半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試21 1 1、靶材概述、靶材概述 2 2、靶材技術(shù)要求、靶材技術(shù)要求 3 3、靶材制備方法、靶材制備方法 5 5

13、、制靶工藝、制靶工藝4 4、制靶工具、制靶工具 - - 粉末壓靶機(jī)粉末壓靶機(jī) 6 6、靶材與底座的連接、靶材與底座的連接實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作二實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作二 ：靶材制備：靶材制備半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試22實(shí)驗(yàn)思考題實(shí)驗(yàn)思考題1、簡述真空蒸發(fā)的原理及工藝過程；、簡述真空蒸發(fā)的原理及工藝過程；2、真空蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中鎢絲和基片的清潔處理；、真空蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中鎢絲和基片的清潔處理；5、簡述分子泵工作原理及使用注意事項(xiàng)；、簡述分子泵工作原理及使用注意事項(xiàng)；6、簡述磁控濺射工作原理；、簡述磁控濺射工作原理；3、簡述熱電偶規(guī)工作原理及使用注意事項(xiàng)；、簡述熱電偶規(guī)工作原理及使用注意事項(xiàng)；4、簡述熱陰

14、極電離規(guī)工作原理及使用注意事項(xiàng)；、簡述熱陰極電離規(guī)工作原理及使用注意事項(xiàng)；7、簡述在濺射過程中所通氣體的作用；、簡述在濺射過程中所通氣體的作用；8、簡述在濺射過程中濺射功率的調(diào)節(jié)及注意事項(xiàng)；、簡述在濺射過程中濺射功率的調(diào)節(jié)及注意事項(xiàng)；9、簡述化學(xué)清洗的方法及一般程序；、簡述化學(xué)清洗的方法及一般程序；10、簡述靶材的技術(shù)要求及制備工藝過程。、簡述靶材的技術(shù)要求及制備工藝過程。半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試23場景對(duì)話：實(shí)驗(yàn)過程的一般描述及問答場景對(duì)話：實(shí)驗(yàn)過程的一般描述及問答(多數(shù)未列入實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和計(jì)算機(jī)演示中）多數(shù)未列入實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和計(jì)算機(jī)演示中） 描述一：打開裝置說明各部分的

15、用途 問物理原理，請(qǐng)自己總結(jié)問題 描述二：調(diào)節(jié)儀器說明其作用 請(qǐng)紀(jì)錄和自己總結(jié)問題 描述三：提示學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 請(qǐng)紀(jì)錄和自己總結(jié)問題 以上三部分的描述必須體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。 半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試24描述一： a、金屬電極的制備： 1、 為何要用兩級(jí)真空系統(tǒng)？ 2、兩級(jí)真空系統(tǒng)的測量、熱偶規(guī)與電離規(guī)的工作原理？ 3、 擴(kuò)散泵及旋片機(jī)械泵的工作原理？通冷卻水的作用 4、鍍膜時(shí)為何要對(duì)襯底加熱？ 5、熱蒸發(fā)原理及其要注意的事項(xiàng)（蒸發(fā)器與襯底之間 為何加擋板？金屬樣品及加熱絲的清洗 ） 6、襯底基片（硅片、玻璃片及其它）的清洗半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗

16、試25 b、zno薄膜的制備 1、為何要用分子泵機(jī)械泵兩級(jí)真空系統(tǒng)？ 2、分子泵的工作 原理？它與擴(kuò)散泵的差別？ 3、磁控濺射原理及問題 （1）直流磁控與射頻磁控濺射的差別 （2）磁控濺射中磁場與電場的共同作用下帶電粒 子的運(yùn)動(dòng)方式 半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試26描述二描述二 ：a、金屬電極的制備： 注意真空蒸發(fā)調(diào)節(jié)中的細(xì)節(jié) 1、真空泵及測量 裝置的開啟流程： 檢查系統(tǒng)的漏氣情況，尤其檢查鐘罩密封圈有 無纖維等異物，密封圈有無縱向劃痕？ 檢查電路及供水系統(tǒng)是否完好？ 注意擴(kuò)散泵的開機(jī)時(shí)機(jī)，并相應(yīng)調(diào)節(jié)各真空閥 真空計(jì)測量時(shí)間的選擇 2、加熱鎢絲蒸發(fā)源時(shí)的注意事項(xiàng) 開啟蒸發(fā)源

17、前為何要關(guān)閉真空計(jì)？ 蒸發(fā)電流為何要慢慢增加？ 半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試27 b zno薄膜的制備 1、真空泵及測量 裝置的開啟流程： 檢查系統(tǒng)的漏氣情況，尤其檢查鐘罩密封圈有 無纖維等異物 檢查電路及供水系統(tǒng)是否完好 注意分子泵的開機(jī)時(shí)機(jī)，并相應(yīng)調(diào)節(jié)各真空閥 2、氣體流量的設(shè)定 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定濺射氣體與反應(yīng)氣體及其質(zhì) 量流量比, 本實(shí)驗(yàn)中用氧化鋅粉末靶，為 什麼還要加氧氣作為反應(yīng)氣體？ 3、實(shí)驗(yàn)控制參數(shù)的設(shè)定 濺射功率、forward與 reflected功率比調(diào)節(jié)及其 意義。半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試28 反應(yīng)室壓強(qiáng)的設(shè)定、反應(yīng)室的本底真空與

18、濺 射時(shí)反 應(yīng)氣體壓強(qiáng)之差的意義 膜厚控制儀參數(shù)的設(shè)定，生長速率的顯示及其測量 濺射鍍膜時(shí)為何要關(guān)閉壓強(qiáng)測試電離規(guī)？4、當(dāng)用鋅金屬靶與氧氣進(jìn)行反應(yīng)濺射時(shí)，會(huì)出現(xiàn)那些問 題？為何反應(yīng)功率要適當(dāng)調(diào)小，反應(yīng)室壓強(qiáng)也要適當(dāng) 調(diào)小？5、定期檢查反應(yīng)室是否有因長期鍍膜導(dǎo)致的亞導(dǎo)通現(xiàn)象， 為何必須及時(shí)清理？半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試29描述三 ： a、金屬電極的制備： 1、對(duì)真空現(xiàn)象的觀測及處理 啟動(dòng)機(jī)械泵后持續(xù)有沸騰聲并排出大量白色煙霧， 應(yīng)如何處理？ 關(guān)擴(kuò)散泵后為何要維持長時(shí)間的通水？ 在觀察熱偶規(guī)及電離規(guī)時(shí)，若指針來回?cái)[動(dòng)意味著 真空系統(tǒng)有何問題，如何解決？ 有時(shí)電離規(guī)不能啟動(dòng)，

19、但測量燈絲未斷，是否需要 更換新的電離規(guī)？或檢查真空儀器是否損壞。半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試302、熱蒸發(fā)注意事項(xiàng) 用鋁絲掛在鎢絲制成的熱蒸發(fā)器上進(jìn)行加熱蒸發(fā)為 何有時(shí)不能形成所需要的持久的液滴？解決方 法是什麼？ 用高溫測量儀觀測熱絲溫度時(shí)為何需要潔凈的觀察窗？ 擋板打開的時(shí)機(jī)？ 在鍍膜結(jié)束時(shí)為何需等待蒸鍍金屬完全熔化干凈？b、zno薄膜的制備 1、forward與 reflected功率之和為何與與電源輸出功率有 一定差異？當(dāng)差異較大和指針擺動(dòng)時(shí)意味著將要采 取何種措施？半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試31 2、膜厚監(jiān)測中突然出現(xiàn)膜厚數(shù)值的迅速增加或“

20、晶無效” 時(shí)如何解決？為什麼 需要在平時(shí)就測定各種濺射功率 下的薄膜生長速率？ 3、當(dāng)用鋅金屬靶與氧氣進(jìn)行反應(yīng)濺射時(shí)，會(huì)出現(xiàn)那些問 題？有時(shí)靶片沸騰而迅速蒸發(fā)，同時(shí)壓強(qiáng)控制儀失靈 的原因是什麼？ 4、在對(duì)真空室進(jìn)行通氣時(shí)為何要關(guān)閉分子泵？在分子 泵減速時(shí)，將真空室與分子泵之間的真空閥微開有 何作用？半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試32評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) ： 1. 教員對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的印象（10%）； 2. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告中是否體現(xiàn)了三個(gè)描述（70%）； 3. 是否能提出新的問題（10%）； 4. 是否有獨(dú)立思考和創(chuàng)新（10%）。半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試33如何切入科

21、研實(shí)踐 1時(shí)機(jī)的把握： (a)利用學(xué)期近結(jié)束時(shí)的開放時(shí)間安排， (b)啟發(fā)學(xué)生自己提出要求。 2教員確立一個(gè)方向和科研實(shí)踐所應(yīng)達(dá)到的水準(zhǔn)，安排 學(xué)生討論和調(diào)研 3調(diào)研后由學(xué)生做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，論證后安排實(shí)驗(yàn)半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試34si襯底表面氮化硅薄膜的生長襯底表面氮化硅薄膜的生長-四級(jí)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生設(shè)計(jì)劉洋1劉錦濤1閆叢璽1 劉科1 徐季東1董磊1 李強(qiáng)1 張靜1朱軍1 徐生年1許小亮2 1：安徽合肥中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天文與應(yīng)用物理系00級(jí) 2：安徽合肥中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系（指導(dǎo)教員） 半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試35教員指導(dǎo)下的學(xué)生討論與調(diào)研

22、重要性：以硅為襯底生長zno基疊層薄膜是寬禁帶半導(dǎo)體光電器件的研究中非常重要的一環(huán) 生長緩沖層的必要性 迄今為止各種緩沖層的利與弊 以某國外專利為藍(lán)本，討論sinx緩沖層的優(yōu)點(diǎn)以及制作方法，專利上的制作方法為mbe法，建議同學(xué)調(diào)研并確立適應(yīng)于我們的濺射法的制備工藝半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試36緩沖層的作用 最大限度地減少界面態(tài) 減少異質(zhì)襯底與薄膜間的應(yīng)力 提高薄膜的晶體質(zhì)量和電學(xué)輸運(yùn)及發(fā)光效率 半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試37在生長緩沖層方面國際上通行的方法 1、sio2薄層， zn薄層和zno緩沖層 這些方法都存在一定的缺點(diǎn)，比如sio2薄膜不夠平整

23、，從而生長的zno也不夠平整，結(jié)晶度較差；在zn緩沖層上再生長zno薄膜，緩沖層會(huì)部分氧化，呈現(xiàn)出非常高的n型導(dǎo)電性質(zhì)，不利于器件設(shè)計(jì)；低溫生長zno緩沖層同樣會(huì)在襯底和緩沖層中出現(xiàn)大量的缺陷和層錯(cuò)，效果仍不理想。2、氮化硅緩沖層 日本研究人員的方法是：將硅片置于mbe系統(tǒng)中，襯底保持600-700oc，在系統(tǒng)中通入0.6sccm的nh3, 用射頻方法產(chǎn)生等離子體激發(fā)反應(yīng)生成氮化硅薄膜。同時(shí)他們還建議使用其它含氮的反應(yīng)氣體，比如n2，no2等。 半導(dǎo)體薄膜的制備和性能測試實(shí)驗(yàn)的特殊性及教學(xué)嘗試38日本研究人員 方法的缺點(diǎn) 1、用的是mbe法生長zno及疊層材料，雖然技術(shù)先進(jìn)，但設(shè)備過于昂貴，對(duì)生長技術(shù)要求較高，難于推廣普及。 2、用nh3作為反應(yīng)氣體生長氮化硅緩沖層也有缺點(diǎn)，在n2與si反應(yīng)生成氮化硅的同時(shí)，也有大量的h進(jìn)入了