硅（001）表面上硅化鉺納米結(jié)構(gòu)的掃描隧道電子顯微鏡研究.pdf

1、低維量子器件由于其獨(dú)特的物理性質(zhì)一直吸引著大家的興趣,在過(guò)去10多年時(shí)間里兩個(gè)主要原因促使研究者對(duì)其的興趣與日俱增。第一從純粹科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，由于這些納米結(jié)構(gòu)的尺度小于或者相當(dāng)于德布羅意波長(zhǎng)，因此提供了一種可以人為為材料里的各種載流子、電子和空穴制造出勢(shì)阱的方法。許多原來(lái)僅僅存在于教科書(shū)里的簡(jiǎn)化理論模型現(xiàn)在可以在這些納米結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。第二個(gè)重要原因是這些納米結(jié)構(gòu)使量子力學(xué)不僅可以在學(xué)術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生影響，而且可以運(yùn)用到一個(gè)實(shí)際而真實(shí)的系統(tǒng)。運(yùn)用

2、這些納米器件中的量子限制效應(yīng)，新概念的器件的發(fā)明變得可行。在本論文的工作中，我們主要研究硅化鉺納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)和演化，主要的工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1．在斜切的硅(001)面上獲得了取向一致的硅化鉺納米線，長(zhǎng)方形納米島和正方形納米島。在室溫下不同覆蓋度的鉺被沉積到斜切的硅(001)表面然后在不同溫度下退火不同的時(shí)間。利用掃描隧道電子顯微鏡，我們?cè)敿?xì)研究了硅化鉺納米結(jié)構(gòu)在斜切的硅(001)表面的生長(zhǎng)機(jī)制。對(duì)應(yīng)于不同的退火溫度，有不同的納

3、米結(jié)構(gòu)在表面上形成，在600℃650℃和730℃～750℃退火溫度下，納米線和正方形納米島會(huì)分別在表面上形成。他們又分別對(duì)應(yīng)于不同的晶體結(jié)構(gòu)，即六角的AIB2結(jié)構(gòu)和四方的ThSi2結(jié)構(gòu)。在600℃～650℃的退火溫度下，納米線在低覆蓋度(0．07ML～1.14ML)下形成而在高覆蓋度下(2．00ML～2．86ML)長(zhǎng)方島則會(huì)主要出現(xiàn)在表面上。高覆蓋度導(dǎo)致高密度的初始成核并可能在納米線中引入缺陷，從而使納米線變短變寬。在納米線生長(zhǎng)的術(shù)階段

4、，長(zhǎng)的納米線開(kāi)始繼續(xù)長(zhǎng)．長(zhǎng)而短的納米線減少，出現(xiàn)了成熟化的現(xiàn)象，這個(gè)過(guò)程也被應(yīng)變和納米線之間的合并影響。 2．基于我們?cè)谛鼻械墓?001)表面上的試驗(yàn)結(jié)果，我們獲得了納米線方向和硅表面臺(tái)階類型的關(guān)系。據(jù)此我們第一個(gè)提出了一個(gè)完整模型來(lái)解釋納米線和硅襯底的界面，從而揭示了納米線特殊取向的成因。這個(gè)模型還和在鉺生長(zhǎng)在硅(001)表面初始階段引起的(2×3)再構(gòu)相吻合。參加反應(yīng)形成納米線的硅原子主要來(lái)源于臺(tái)階邊緣而島的形成則需要消耗臺(tái)

5、階下的硅原子。 3．通過(guò)傳統(tǒng)的后退火方法，當(dāng)2．3ML鉺沉積到硅(001)表面，在750℃下退火10分鐘，可以獲得高度基本一致的正方形納米島。并首次觀察到了硅化鉺納米島的從正方島到長(zhǎng)方島的形狀變化。當(dāng)退火時(shí)間延長(zhǎng)到30分鐘，所有正方形島都轉(zhuǎn)化到了長(zhǎng)方形島。這個(gè)轉(zhuǎn)變發(fā)生的臨界尺寸為32am。在對(duì)Tersoff和Tromp提出的理論模型作修改后使之適應(yīng)以Volmer-Weber方式生長(zhǎng)的硅化鉺納米島，可以很好的解釋實(shí)驗(yàn)上所觀察到的形