Gd2O3和Nd2O3納米薄膜的外延生長及結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、Gd2O3和Nd2O3納米薄膜在可能是半導(dǎo)體集成電路中較好的介電材料，因而受到人們的廣泛關(guān)注。本文先推導(dǎo)了一種以快速確定薄膜制備基底的斜切角的大小和位置，并推導(dǎo)出晶面和基底表面之間夾角的分布情況。然后，研究了利用分子束外延方法，在不同取向的Si基底上Gd2O3薄膜生長情況，再重點(diǎn)研究了鈦酸鍶基底上Gd2O3和Nd2O3薄膜的生長情況。主要的研究內(nèi)容如下：
　　1.推導(dǎo)了一種用一般的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備快速確定斜切基底的晶體表面與試樣表面之間

2、夾角分布的簡單計(jì)算方法。這種方法主要是基于高分辨 X射線衍射的搖擺曲線測量，利用 X射線衍射儀(XRD)測量出試樣表面任意兩個互相垂直位置處的晶面與表面之間的夾角（θ1和θ2），然后可以簡單快速地計(jì)算斜切基底所有位置處的夾角。另外，推導(dǎo)分析了θ1和θ2可能位于試樣表面的任意不同位置時，斜切角和水平方位的四種分布情況。
　　2.研究了利用分子束外延技術(shù)在不同取向的Si基底上沉積的Gd2O3薄膜的生長情況。得到的薄膜與基底之間的界面都

3、非常平坦，但在不同的生長條件下往往存在非晶氧化層，分析了非晶氧化層的形成原因及對薄膜的結(jié)晶性能的影響。為研究 Gd2O3納米薄膜的結(jié)晶性能，用單晶鈦酸鍶取代單晶硅，結(jié)果表明 Gd2O3薄膜能夠很好的外延生長在SrTiO3(100)上。
　　3.研究了利用分子束外延沉積方法在SrTiO3(100)基底上沉積Gd2O3薄膜的生長情況，利用XRD、TEM和STEM等設(shè)備分析觀察了薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和取向。實(shí)驗(yàn)證實(shí)較高溫度退火有利于在單晶基板

4、上形成高質(zhì)量的單晶薄膜，Gd2O3薄膜外延生長在 SrTiO3(100)基底，兩者之間的取向關(guān)系為(001)Gd2O3//(100)STO和[110]Gd2O3//[001]STO。另外，利用STEM圖觀察發(fā)現(xiàn)，Gd原子以一個原子的尺度擴(kuò)散進(jìn)入SrTiO3基底中，取代了靠近界面的Sr原子。
　　4.研究了利用分子束外延技術(shù)在SrTiO3(100)基底上沉積Nd2O3薄膜的生長情況。制得了與 Gd2O3晶體結(jié)構(gòu)相同、晶格常數(shù)接近的