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识别系统反待测物的某一化学参数(常常是浓度)与传导系统连结起来。它主要具有两种功能:选择性地与待测物发生作用,反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此,化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号,并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式,传送到电子系统进行放大或进行转换输出,最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号,检测出样品中待测物的量。
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1 引言
由于氮化镓(GaN)材料在光电子及微电子领域有巨大的应用前景,GaN 基材料成为近年来世界各国竞相研
究和开发的新一代宽带隙半导体材料。但由于缺乏大尺寸的 GaN 基体材料,所以只能在其他衬底上进行异质外延
生长。在各种生长技术中,金属有机化学汽相沉积(MOCVD)已经成为使用最多,生长材料和器件质量最高的方
法。
在 GaN 薄膜的生长过程中,衬底温度,微波功率,生长时间,气体流量等各个生长参数对最后形成的单晶薄
膜的晶体质量都有很大影响。在以往的试验中,一般均靠手工完成所有的工艺操作,不但试验任务繁重,而且手
工操作不可避免地带来人为误差,导致试验结果难以重复,而 GaN 薄膜的生长试验要求得到最佳的生长工艺,这
就必须保证工艺过程的良好重复性,因此采用一套自动监控系统,来对整个生长工艺过程进行实时监控,这样通
过电脑不但可以控制生长的进行同时对整个过程进行记录,大大降低了试验人员的劳动强度,提高了操作和监控
的自动化水平。但是,如果从国外引进一套符合要求的 MOCVD 生长自动监测与控制系统成本很高。因此我们在
分析试验工艺流程特点的基础上,借鉴了类似设备的自动控制装置,在 WIN98 环境下用 VB6.0 设计了一套生长
实时监控系统软件。
2GaN 生长工艺特点及参数对薄膜晶质影响
本文在六方 GaN 或在 GaN 外延层上生长 AlN 的工艺流程如图1所示。
从图中可以看出,每一个阶段都对时间 (t)、微波输入功率(PW)、衬底温度(TS)、各路气体的流量(氢
气(JH)、氮气(JN)、三甲基镓(JG)和反应室的压强(P0)有一定的要求。
并且状态之间的切换往往要同时涉及多个参量,因此手工操作时各参量之间的时间滞后现象在所难免,也难
以确保实验条件的重复性,从而大大影响了实验结果的可靠性和准确性。下面具体分析一下图 1 所示生长过程中
对 GaN 单晶薄膜晶体质量发生影响的主要因素。
(1)时间
时间参数主要是指在实验过程中某个步骤所需的时间量。如在氮化过程中要控制氮化时间,这对初始成核以
及控制生长模式是很重要的[1]。此外,合适的缓冲层生长时间(决定了缓冲层的厚度)则会大大地提高 GaN 外
延薄膜的光电和结构特性。而外延层生长时间(决定了外延层的厚度)如果太短,GaN 薄膜当中会存在大量的结
构缺陷 ;时间太长则会由于衬底材料和 GaN 材料之间的热失配和晶格失配导致 GaN 薄膜结晶质量的下降。
(2)温度
在整个实验过程中,对温度的控制起着非常重要的作用。在生长过程中的每一步工艺都对温度有着一定的要
求,如衬底的清洗温度一般限定在 400℃左右,氮化一般是从 470℃开始,生长缓冲层一般是在 500℃进行。
最为重要的是生长温度,在 GaAs 衬底上生长立方 GaN 温度一般控制在 600℃左右。生长温度过低或过高都会
影响晶体质量。
(3)气体流量
yang9871166
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