布里奇曼法生长GaSb单晶凝固过程的研究

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GaSb不仅在在光纤通信中有巨大的潜在应用价值,其制造的器件在其他领域也有很大的应用价值。在所有Ⅲ-Ⅴ族材料中,GaSb作为衬底材料引起了更多的注意,因为它可以与各种Ⅲ-Ⅴ族材料的三元、四元固熔体合金的晶格常数相匹配。尽管GaSb晶体材料应用如此广泛,但对它的研究远不如其他半导体材料那样深入。  为了获得高质量的GaSb单晶,迫切需要对传统的生长方法进行改进,设计出高精度的单晶体生长炉。由于完成GaSb单晶体的生长需要严格控制其生长过程,对加工设备具有更特殊的要求,目前的一些单晶体生长炉很难获得高质量的GaSb单晶体。而且单晶体的生长周期长,过程中需要连续正常的运行,种种因素都限制了GaSb单晶体在实际中的广泛应用,更凸显了对高质量单晶炉的需求。  本文以晶体生长理论及布里奇曼法晶体生长法原理为指导,自行设计一套GaSb晶体生长系统,并使用该系统,以高纯Ga和Sb单质为原料,用布里奇曼法生长GaSb单晶。晶体生长完成后,对晶体进行切片、抛光、腐蚀等处理后,通过物相分析,晶体组织分析,电学性能测试等测试手段,得到以下结论:  1.通过对晶体生长理论和方法的研究,设计的单晶生长炉经过理论和实验的检验,利用扫描电子显微镜和推力分析仪等检测手段对不同镀膜工艺条件下的镀膜样品进行表面形貌及其与石英玻璃管之间结合力的分析,最终获得了一个优化的石英玻璃管的镀膜工艺参数。  2.通过对不同位置的晶体切片的性能测试结果的比较,所得样品的各项电学性能基本具有实用价值,载流子迁移率达到商业使用的标准。尽管得出晶体在生长过程中晶体的电学性能不够稳定,但在晶体的中间位置生长出的晶体质量比较稳定。  3.通过对不同晶体的晶体切片的性能测试结果的比较,研究不同生长速度对GaSb单晶结构及性能的影响,即随着生长速度的降低,获得的晶体的电学性质逐渐稳定,得到的晶体质量也逐渐稳定。
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