矽/矽鍺多層結構高溫氧化處理之材料與機械特性分析

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Title:	矽/矽鍺多層結構高溫氧化處理之材料與機械特性分析
Authors:	彭麟皓林金雄周長彬
Contributors:	機械工程系
Keywords:	矽/矽鍺多層結構高溫氧化材料特性機械特性奈米壓痕
Date:	2011
Issue Date:	2013-07-22 14:30:05 (UTC+8)
Publisher:	台中;國立勤益科技大學
Abstract:	本論文針對矽/矽鍺多層異質接面結構以虛擬基板(virtual substrate)方式為應用下，探討其承受高溫氧化後對材料及機械特性之變化。首先，利用超高真空化學分子磊晶法分別於矽基材上成長出三層及六層矽/矽鍺兩多層結構。在施予高溫氧化處理(800-1000℃)後，運用穿透式電子顯微鏡、Ｘ光散射分析儀、二次離子質譜儀、原子力電子顯微鏡分析兩結構材料特性變化，最後利用奈米壓痕儀分析兩結構高溫氧化後之相對應機械特性。經由穿透式電子顯微鏡觀察高溫氧化後之微結構變化發現，此兩種矽/矽鍺多層結構內部皆因應變鬆弛而有缺陷生成。另由Ｘ光散射分析儀觀察發現，氧化後會於低角度處生成含高鍺濃度之矽鍺波峰，此為鍺堆積(pile up)於表面所導致之現象。此外，經二次離子質譜儀也觀察到鍺原子不僅因氧化現象而堆積於表面，也會因高溫處理而往基材方向擴散。經原子力電子顯微鏡分析表面形貌發現，兩結構經高溫氧化處理後因缺陷產生致使表面形貌起伏變大，進而使均方根粗糙值逐漸上升。由奈米壓痕儀量測得知，兩結構高溫氧化後硬度與楊氏模數相對提升，是因應變鬆弛所導致錯位差排之現象所致。而氧化處理前矽/矽鍺多層結構彈塑性變形機制經反覆破壞結果顯示，壓痕破壞造成在同一區域塑性應變，內部差排與缺陷急遽的增加並累積，使得奈米壓痕探針更不容易對該塑性變形區域造成壓縮破壞，結構產生加工硬化現象。綜合以上機制得知，此矽/矽鍺多層結構能有效提升矽鍺薄膜機械特性，而三層結構強度較優於六層結構，其原因為六層結構表面加了矽覆蓋層(Si-Cap)致使較多鍺堆積於表面。六層結構也因鍺堆積於表面形成較高鍺濃度表面，有利於獲得較大應變矽的生成。
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