第三章 實驗方法與分析
4.2 經退火處理前後之Si 0.8 Ge 0.2 /Si異質接面結構
效應也遵循著 Modified Frank-Read mechanism (MFR)發展機制[58]，因此 實驗可以做進一步有效的探討其應力鬆弛機制以及差排密度的形成，以及
度較高)即為結構的差排部分，由相關文獻可知[60]，此為矽鍺異質接面結 構表面的特有交叉格子狀差排(crosshatched dislocation)，也就是由介面層中 矽與鍺的晶格不匹配產生的差排現象(misfit dislocation)[61]，根據文獻[62]
研究指出造成表面產生格子狀差排結構的主要原因是由於矽鍺結構中的鍺 不會與氧發生反應，而矽則會與氧生成二氧化矽，因此介面層中的鍺會被 分別推擠至表層和矽基板中，分別形成表面的格子狀差排(crosshatched dislocation)和推向矽基板的針狀差排(threading dislocation)[63]。然而，再進 一步的退火處理後使得差排密度有明顯增加的趨勢，對於此現象本實驗後 續會再以 XRD 以及奈米壓痕量測加以搭配證明。第二，結構表面鍺島狀物 (Ge island)的產生[64]，圖中 as(未經退火)部分可觀察出並沒有任何島狀物 的形成，然而到了 an400(經退火 400 度)可以觀察到明顯的小塊白色區域，
勢，且整體島狀化的趨勢也更清楚了。
在整體粗糙度方面，圖4-5為 Si0.8Ge0.2/Si 異質接面結構 AFM-roughness 數據，在 as 部分粗糙度為 0.966nm，an400 部分為 0.546nm，an500 部分為 1.473nm，an600 部分為 6.585nm，除 an400 部分整體粗糙度是隨著退火溫 度上升而增加的，其原因實驗初步推估為島狀物的形成所致;然而在 an400 先 XRD 圖上有兩個明顯的波鋒(peak)，其中右邊較高的波鋒為矽 Si(001)，
左邊較低的為鍺(Ge)，而從四個參數圖下分析數據觀察其應力釋放程度，
由晶格不匹配(mismatch)所產生，期數據分別為：Mismatch (if strained)－
8635ppm (as-grown)、7943ppm(an400)、7860ppm(an500)、7028ppm(an600)，
數據顯示隨著溫度上升，其在應變狀態下晶格不匹配的濃度會降低，這表 示越高的退火溫度可以修補結構中的晶格不匹配情形，但是相對所產生的 代價卻是使得結構中的應變釋放能力也降低了：Mismatch (if relaxed)－
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15246ppm(as-grown) 、 14028ppm(an400) 、 13882ppm(an500) 、 12415ppm(an600)，然而，應力釋放能力降低會使得結構中的差排缺陷無法 藉由應力釋放機制來消除，而使得結構中的差排不減反增。
另外，我們觀察數據中材料成分濃度的趨勢，Strained composition 分別 為：Si0.7713Ge0.22869 (as-grown)、Si0.7891Ge0.2109 (an400)、Si0.79124Ge0.20876 (an500)、
Si0.81279Ge0.18721 (an600)，數據呈現明顯的趨勢，隨著退火溫度上升，鍺濃度
成分下降，而矽濃度成分上升。也就是說，隨著退火溫度的增加，結構中 鍺會慢慢擴散掉，使得整體濃度成分下降。根據相關文獻顯示[65]， Si0.8Ge0.2/Si 異質接面結構經高溫退火會產生層間擴散(inter-diffusion)的現 象，在本實驗中得到驗證。
為了清楚的顯示四個參數的變化趨勢，實驗將圖 4-7 中的四個 XRD 曲 線圖繪製成圖 4-8。圖 4-8 為綜合比較圖，在圖中左邊的鍺波鋒(Ge peak) 有明顯的偏移(shift)產生，波鋒由原本布拉格角約 67.9 度漸漸向右邊約 69.2 度的矽波鋒偏移，表示 Si0.8Ge0.2/Si 異質接面結構中的鍺含量漸漸減少，相 對的矽含量增加，此偏移現象恰為圖 4-7 中數據的證明，由於鍺濃度隨著退 火溫度上升而降低，造成 XRD 的曲線圖(rocking curve)發生偏移現象。然 而，圖中右邊矽波鋒相較之下沒有明顯的偏移現象產生。
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