由Ⅳ族元素Ge、Sn组成的GeSn合金材料近年来受到了广泛关注,理论研究表明,当Sn组分高于6.3%时,GeSn合金可以转变为直接带隙材料,而且随着Sn组分的改变带隙在0.66 eV到0 eV范围内连续可调,这可以拓宽Si基材料在红外波段的应用范围。同时GeSn合金材料的迁移率远高于传统的Si、Ge材料,可以应用于制备高速TFT。在绝缘衬底或者柔性衬底上磁控溅射法制备多晶GeSn合金,在低价太阳能电池和柔性薄膜晶体管等方面具有潜在的应用价值。但是在绝缘衬底或者柔性衬底上生长高质量的GeSn合金还面临着几个困难。首先,Sn在Ge中低的固溶度较低(<1.1%),不易于形成高Sn组分的GeSn合金。由于Sn的表面自由能比Ge的低,Sn容易发生表面偏析。其次,Ge和Sn元素之间有14.7%的晶格失配,增加了生长高质量GeSn合金的难度。此外,处理温度要低于柔性衬底的玻璃转变温度。针对上述问题,本文主要研究了在绝缘衬底上采用Sn诱导Ge结晶低温制备高Sn组分的GeSn纳米晶薄膜。主要工作和成果如下:1.提出了一种在自组装Sn纳米岛上低温沉积Ge层制备高Sn组分GeSn纳米晶薄膜的方法。发现当Ge沉积温度高于150 ℃,Ge扩散入Sn中,GeSn结晶析出,Sn组分可达到27.3%。后续退火过程中,Sn组份随着退火温度的升高而降低,结晶度和空穴迁移率随着退火温度的升高而提高。在275*(适合应用于柔性衬底)以下退火的GeSn薄膜,其载流子Hall迁移率达到了 14.0 cm2/(V·s)。2.提出了循环沉积Sn/Ge层制备厚GeSn纳米晶薄膜的方法。采用循环沉积和退火的技术,制备出Sn组份较高的GeSn纳米晶薄膜,晶粒尺寸随着沉积层数而增大。循环沉积6个周期Sn/Ge层获得了 Sn组分为12.2%,表面晶粒尺寸约150 nm的GeSn纳米晶薄膜。在低于450 ℃的退火温度下,GeSn薄膜的载流子迁移率最高达到了 24.9 cm2/(V·s)。发现增大Sn/Ge层的厚度比,能够降低GeSn薄膜的结晶温度,获得较大尺寸的GeSn晶粒。3.在绝缘衬底上制备了 GeSn MSM光电探测器并测试了器件的性能。循环沉积20个周期Sn/Ge层制备了 330 nm厚的Sn组分为15%的GeSn纳米晶薄膜,表面晶粒尺寸为1 um左右。经过后续300 ℃退火30分钟,提高了 GeSn薄膜质量,Sn组分降低至6.7%。基于该GeSn薄膜的MSM探测器在-1 V偏压下的暗电流密度为0.28mA/cm2,光电响应谱显示,对比Ge探测器,GeSn探测器截止波长红移至接近2000 nm。