用導(dǎo)電原子力顯微鏡研究鍺硅量子點(diǎn)和量子環(huán)的形貌和電學(xué)特性.pdf

1、摘W用導(dǎo)電原子力顯微鏡研究鍺硅量子點(diǎn)和量子環(huán)的形貌和電學(xué)特性系別：物理堂丕專業(yè)：趟塞奎物理姓名：昱苤導(dǎo)IJili三迅麴撞揚(yáng)塹蘊(yùn)副教授摘要以半導(dǎo)體量子點(diǎn)為代表的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)在光電子、微電子和單電子器件領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，在硅襯底上自組織生長的GeSi量子點(diǎn)由于與成熟的硅集成電路工藝兼容而更具有特殊的意義，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。而量子點(diǎn)的量子物理特性是構(gòu)筑許多納米電子器件及單電子器件的基礎(chǔ)，因而在納米尺度上研究單個(gè)量子點(diǎn)的電學(xué)性質(zhì)極為

2、重要。導(dǎo)電原子力顯微鏡(CAFM)是近年來發(fā)展起來的一種掃描探針顯微鏡，它能同時(shí)得到樣品表面納米尺度的形貌信息和電學(xué)信息。因而CAFM可以用來表征單個(gè)量子點(diǎn)的微結(jié)構(gòu)及其物理特性，從而為材料的控制生長和應(yīng)用提供依據(jù)。本論文使用CAFM研究了自組織生長的GeSi量子點(diǎn)和GeSi量子環(huán)的形貌和電學(xué)性質(zhì)，主要取得了以下結(jié)果：l、研究了樣品表面的自然氧化物對量子點(diǎn)電學(xué)性質(zhì)的影響。通過分析IV特性曲線，根據(jù)針尖與量子點(diǎn)之間自然氧化物的存在與否將針尖

3、與量子點(diǎn)間的接觸分為兩種類型：金屬一半導(dǎo)體接觸和金屬一氧化物一半導(dǎo)體接觸，它們對應(yīng)的電流傳導(dǎo)機(jī)制分別為熱電子發(fā)射和FN隧穿。通過對電流分布圖像分析獲知，電流分布并不隨著施加正壓力的大小而改變分布特性；同時(shí)，電流分布也不隨著暴露時(shí)間延長而增加的氧化物厚度改變。這就為在大氣環(huán)境下使用CAFM研究電流分布圖像的可靠性提供了基本的依據(jù)。2、研究了偏壓對CAFM得到的GeSi量子點(diǎn)的電流分布圖像影響。在較小的偏壓05～20V內(nèi)，量子點(diǎn)的電流分布特

4、征保持環(huán)狀，量子點(diǎn)中心部位的導(dǎo)電性弱于邊緣部位。量子點(diǎn)區(qū)域的電流值統(tǒng)計(jì)表明，其符合對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)，遵從正態(tài)分布的隨機(jī)變量的均值Io和偏壓的關(guān)系滿足FN隧穿關(guān)系；偏壓增加至2540V范圍內(nèi)，量子點(diǎn)的電流分布特征呈圓盤狀，量子點(diǎn)中心的導(dǎo)電性比邊緣好。電流值的統(tǒng)計(jì)圖中顯示出多元對數(shù)正態(tài)分布特征。第一均值Io和偏壓的增長關(guān)系符合熱電子發(fā)射模型，在高偏壓下量子點(diǎn)中心電流值出現(xiàn)了飽和現(xiàn)●●●●AbstractAbstractSemiconduct

5、orquantumdots(QDs)havereceivedconsiderableattentionbecauseoftheirpotentialapplicationsinphotoelectron，microelectronicsandsingleelectrondevicesSelf_aSsembleGeSiQDshaveoneofmajoradvantagesofitscompatibilitywithconventional

6、SiintegratedcircuittechnologyThequantumpropertiesofquantumdotsareessentiallyimportanttotheapplicationofmostnanoorsingleelectrondevicesConductiveatomicforcemicroscopy(CAFM)isapromisingtechniquecapableofsimultaneoustopogra

7、phicandconductancemeasurementsovernanocontactareaMicrostructureandphysicalpropertiesofindividualQDobtainedbyCAFMwillbeusefulforcontrollinggrowthandapplicationofQDsUndertheabovebackgroundthisthesisisfocusedontopographican

8、dconductancepropertiesofindividualQDsandquantumrings(QRs)andincludesthefollowingfourparts：ThefustpartisinvestigatingtheeffectsofnativeoxidelayerontheCAFMmeasurementsofGeSiQDsAfterexposedinambientthecurrent—voltagecurveso

9、fthequantumdotscanbewellfittedbyFowlerNordheimtunnelingmodelduetotheinevitablenativeoxidelayerwhereasSchottkyemissionmodelcanbeexplainedtheIVcharacteristicswellaftertheoxidelayerwasremovedbyHFetchingIVcharacteristicswere

10、alsoaffectedbytheappliednormalforce，sinceitcallchangetheeffectiveoxidelayerthicknessHoweverdespiteofthestrongeffectofnativeoxidelayerontheconductiveproperties，thecurrentdistributionsofindividualQDsremainalmostthesameasth

11、eoxidelayerthicknesschangedbyIIFetchingordifferentnormalforcesappliedThusourresultsprovideimportantevidencetotheapplicationofCAFManalysistechniqueinambientThesecondpartisthestudingtheeffectsofappliedbiasonthecurrentdistr

12、ibutionofinvidualGeSiQDsThecurrentdistributionofQDsholdsringlikecharacteristicsunder05～20biasandthestatisticofcurrentmagnitudecanbewellfittedbylognormaldistributionTherelationofhistogrampeakpositionandappliedbiasinthisfi

13、eldshowsagoodFNtunnelingfittingThecurrentdistributionofQDsshowsdisklikecharacteristicsunder25“40biasandcentralpartofQDishighconductiveThestatisticofcurrentmagnitudecanbewellfittedbymultivariantlognormaldistributionTherel