生长在 Si$_3$N$_4$ 衬底上的锗与硅薄膜中的扩散过程

本文给出在宽范围 Ge 薄膜生长温度（30 至 600{\deg}C）内，于 Si$_3$N$_4$ 介质衬底上分子束沉积锗层过程中所发生过程的研究结果。确定与 N$-$H 和 Si$-$N 键振动相关的红外吸收带强度随 Ge 沉积温度升高而降低。该现象似乎不能仅用热激活过程解释。同时，在 X 射线光电子能谱中出现对应 Ge$-$N 振动键的峰。我们推测，在含氢原子的 Si3N4 介质衬底上沉积锗层，引起氢原子从介质层向生长中薄膜的扩散。实验结果可用一模型解释：根据该模型，氢原子从 Si$_3$N$_4$ 层向生长中锗薄膜的迁移源于氢原子在介质层与锗薄膜中的化学势差。此过程引发锗原子向相反方向、即进入 Si$_3$N$_4$ 层的扩散，并在该处与因氢原子逸出而产生的氮原子自由键结合。在硅层沉积于 Si$_3$N$_4$ 衬底上时亦发生类似过程。