環(huán)境濕度及刻蝕溫度對砷化鎵摩擦誘導(dǎo)納米加工的影響研究.pdf

1、砷化鎵具有優(yōu)良的導(dǎo)電遷移率、低位錯、大的禁帶寬度和半絕緣特性，是具有重要應(yīng)用價值的第二代半導(dǎo)體材料，被大量應(yīng)用于量子點生長的優(yōu)良襯底。高性能量子器件的實現(xiàn)取決于其表面量子點成核位置的設(shè)計及可控加工。近年來，國內(nèi)外發(fā)展了多種加工砷化鎵襯底圖案的技術(shù)，主要涉及光刻、納米壓印和聚焦離子束等。然而上述幾種方法都有其各自的局限性，加工過程中會不同程度地對砷化鎵帶來損傷，導(dǎo)致襯底質(zhì)量下降，降低器件性能。摩擦誘導(dǎo)納米加工技術(shù)提供了砷化鎵表面納米加工的

2、新途徑，可實現(xiàn)砷化鎵表面量子點成核位置的無損傷加工。
　　本文研究了不同濕度和刻劃速度對砷化鎵表面摩擦誘導(dǎo)直接加工的影響，考察了不同溫度下砷化鎵表面摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕特性。借助X-射線光電子能譜(XPS)和透射電子顯微鏡(TEM)等表征設(shè)備對砷化鎵表面加工區(qū)域結(jié)構(gòu)進行表征，闡述了相關(guān)的加工機理。本論文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點如下:
　　(1)揭示了速度和濕度對砷化鎵表面摩擦化學(xué)去除的影響規(guī)律
　　在大氣環(huán)境下，控制相同載

3、荷、劃痕長度和循環(huán)次數(shù)，砷化鎵表面微觀材料去除深度會隨著刻劃速度的增加而變淺。隨著環(huán)境相對濕度的增加，砷化鎵表面微觀材料去除深度逐漸變大;在水下的去除深度達到最大。
　　(2)闡明了刻劃速度和環(huán)境濕度對砷化鎵表面摩擦化學(xué)去除的作用機理
　　利用X-射線光電子能譜對砷化鎵表面的磨屑分析表明，其成分主要為Ga和As的氧化物;采用高分辨透射電鏡對砷化鎵表面去除區(qū)域的斷面進行觀測，未發(fā)現(xiàn)明顯的晶格變形。分析表明，砷化鎵表面摩擦化學(xué)去

4、除是在使用活性針尖的情況下，通過界面成鍵、氧化物形成、氧化物去除一系列過程實現(xiàn);刻劃速度越低，越有利于界面間化學(xué)鍵形成，會促進材料去除;而水的存在會促進刻劃區(qū)域的氧化物磨屑溶解，這些磨屑隨著針尖的運動更易于離開表面。
　　(3)揭示了溫度對砷化鎵表面摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的影響機制
　　在不同溫度下利用H2SO4-H2O2溶液對砷化鎵表面進行選擇性刻蝕，考察了刻蝕后所形成的凸起高度及砷化鎵表面粗糙度隨刻蝕時間和刻蝕溫度的變化規(guī)律