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特的物理性質(zhì)一直吸引著大家的興趣,在過去10多年時間里兩個主要原因促使研究者對其的興趣與日俱增。第一從純粹科學(xué)的角度來說，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，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阱的方法。許多原來僅僅存在于教科書里的簡化理論模型現(xiàn)在可以在這些納米結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)。第二個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，而且可以運用到一個實際而真實的系統(tǒng)。運用

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)的生長和演化，主要的工作和創(chuàng)新點如下： 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間。利用掃描隧道電子顯微鏡，我們詳細研究了硅化鉺納米結(jié)構(gòu)在斜切的硅(001)表面的生長機制。對應(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分別在表面上形成。他們又分別對應(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)長方島則會主要出現(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。在納米線生長的術(shù)階段

4、，長的納米線開始繼續(xù)長．長而短的納米線減少，出現(xiàn)了成熟化的現(xiàn)象，這個過程也被應(yīng)變和納米線之間的合并影響。 2．基于我們在斜切的硅(001)表面上的試驗結(jié)果，我們獲得了納米線方向和硅表面臺階類型的關(guān)系。據(jù)此我們第一個提出了一個完整模型來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。這個模型還和在鉺生長在硅(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源于臺階邊緣而島的形成則需要消耗臺

5、階下的硅原子。 3．通過傳統(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方島的形狀變化。當(dāng)退火時間延長到30分鐘，所有正方形島都轉(zhuǎn)化到了長方形島。這個轉(zhuǎn)變發(fā)生的臨界尺寸為32am。在對Tersoff和Tromp提出的理論模型作修改后使之適應(yīng)以Volmer-Weber方式生長的硅化鉺納米島，可以很好的解釋實驗上所觀察到的形