用光電子能譜研究半導(dǎo)體表面的催化鈍化.pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文用光電子能譜研究半導(dǎo)體表面的催化鈍化姓名：楊宏楊申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：凝聚態(tài)物理指導(dǎo)教師：季明榮1999.4.1中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士論文論文摘要第四章利用XPS中各個(gè)芯能級(jí)、UPS以及功函數(shù)的變化，分別研究了Cs／nGaAs(100)、K／nOaAs(110)和K／nGaSb(110)表面的催化氧化機(jī)理。在不同的氧氣暴露量及不同的襯底溫度下得到一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。特別是研究了襯底溫度對(duì)氧氣在表面的吸附動(dòng)力學(xué)的

2、影響，不同氧氣暴露量及溫度條件下氧的狀態(tài)及氧化過程中涉及到的反應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)我們得出結(jié)論：(1)堿金屬覆蓋在IIIV族半導(dǎo)體表面，有一部分電荷由堿金屬向襯底轉(zhuǎn)移，在表面形成極化層。(2)表面的堿金屬層增加了氧氣在表面的粘滯系數(shù)。(3)堿金屬促進(jìn)表面吸附的氧氣離解，使氧原子穿過覆蓋層到達(dá)襯底，并與襯底原子發(fā)生氧化反應(yīng)。(4)在堿會(huì)屬對(duì)襯底進(jìn)行的催化氧化反應(yīng)過程中，襯底中的五族原子更容易形成氧化物，而j：族原子則相對(duì)較難被氧化。(5)襯底的氧

3、化程度與樣品表面的堿金屬覆蓋度基本上成線性關(guān)系。(6)適當(dāng)提高襯底溫度促進(jìn)了氧滲透到襯底，并且在極低的氧氣暴露量下就可以使得襯底氧化物生成；適當(dāng)?shù)母邷剡€引起表面氧氣飽和吸附量的增加，這也有利于襯底的進(jìn)一步氧化。第血章利用超高真空中的光電子能譜的測(cè)量，就稀土金屬Ce對(duì)半導(dǎo)體GaSb(111)表面的催化氧化特性進(jìn)行了研究，并且研究Tee的厚膜本身的氧化，探討了ce在催化氧化中所起的作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們認(rèn)為：稀土?xí)賑e的覆蓋層與半導(dǎo)體襯底

4、OaSb(111)間有一定量的電荷轉(zhuǎn)移，使襯底表面原有的鍵減弱或斷裂，降低了襯底的表面勢(shì)能，也降低了反應(yīng)的活化能，從而使得半導(dǎo)體表面氧化反應(yīng)更容易地進(jìn)行。當(dāng)氧氣暴露量較大時(shí)，ce被氧化為分解熱較低的CeO：，它為氧原子提供了穿過金屬覆蓋層的載體，在CeO：開始向Ce，0，轉(zhuǎn)化的過程中，釋放出多余的氧原子，此氧原子與半導(dǎo)體襯底表面發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到了催化氧化的目的。此外，和堿金屬，半導(dǎo)體的情況有所不同，700K的退火也不能有效地除去半導(dǎo)體界面