微納尺度表征的俄歇電子能譜新技術(shù).pdf

1、隨著納米結(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用，新型微納尺度表征技術(shù)成為納米科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。發(fā)展在納米尺度下的各種檢測與表征手段，以用于觀測納米結(jié)構(gòu)材料的原子、電子結(jié)構(gòu)，和測量各種納米結(jié)構(gòu)的力、電、光、磁等特性，日益引起人們的重視。針對目前廣泛使用的各種光子譜技術(shù)、X射線衍射和精細(xì)吸收譜、高分辨的電子顯微術(shù)等技術(shù)的局限性，本論文基于以電子束為探針的俄歇電子能譜(Auger electron spectroscopy)，發(fā)展了納米尺度的檢測與表征新技

2、術(shù)。 本論文從俄歇電子能譜基礎(chǔ)出發(fā)，基于俄歇電子物理機(jī)制，著重討論價(jià)帶俄歇譜的理論表述和物理意義。采用第一性原理計(jì)算方法，模擬GaN和ZnO基半導(dǎo)體不同物理?xiàng)l件下的理論價(jià)帶俄歇譜；通過實(shí)驗(yàn)測量相關(guān)半導(dǎo)體的俄歇電子能譜，分別建立材料應(yīng)力、電荷及電場分布、結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電類型等宏觀參量的微納尺度測量技術(shù)。主要取得如下研究成果： 提出俄歇電子能譜廣義位移的概念，把所有能導(dǎo)致俄歇價(jià)電子譜的動(dòng)能位移及其譜峰相對強(qiáng)度改變的因素(包括化學(xué)、

3、物理等)都統(tǒng)一起來。建立了材料微納米尺度宏觀特性的俄歇價(jià)電子能譜表征新技術(shù)。其主要包括：采用第一性原理計(jì)算各種環(huán)境下的電子結(jié)構(gòu)；卷積相關(guān)價(jià)電子態(tài)密度；擬合實(shí)驗(yàn)譜確定組合系數(shù)，模擬計(jì)算理論的俄歇價(jià)電子能譜的廣義位移；標(biāo)定宏觀參量與俄歇電子譜廣義位移的定量關(guān)系；測量實(shí)際材料表面的俄歇價(jià)電子能譜，根據(jù)標(biāo)定關(guān)系曲線獲得相應(yīng)的宏觀參量。該技術(shù)兼?zhèn)錅y量宏觀參量的簡便性和俄歇電子能譜固有的高空間分辨率，使得其定量測量材料的微納結(jié)構(gòu)特性具有明顯的優(yōu)勢。

4、 建立了納米微區(qū)應(yīng)力測量技術(shù)。通過第一性原理計(jì)算模擬GaN在不同雙軸壓應(yīng)力場中的電子結(jié)構(gòu)，根據(jù)擬合實(shí)驗(yàn)譜確定的組合系數(shù)，模擬出不同應(yīng)變/應(yīng)力下的N KVV理論俄歇價(jià)電子譜；標(biāo)定應(yīng)變/應(yīng)力與俄歇電子譜廣義位移的定量關(guān)系。以側(cè)向外延GaN表面和剖面不同結(jié)構(gòu)區(qū)域應(yīng)變/應(yīng)力分布為對象，測量N KVV譜廣義位移及其局域應(yīng)變/應(yīng)力分布。所測結(jié)果與通過Raman散射E2模移動(dòng)測量確定的結(jié)果相吻合，完全符合失配應(yīng)力逐漸釋放的機(jī)制；而且觀察到傳統(tǒng)

5、上只能靠理論的應(yīng)力分布模擬方能得到的細(xì)節(jié)，說明建立的俄歇價(jià)電子能譜測量應(yīng)力技術(shù)的正 建立了非接觸性納米微區(qū)電學(xué)測量技術(shù)。利用第一性原理方法分別計(jì)算了不同Al組分的AlxGa1-xN表面的N原子周圍局域電子密度和相應(yīng)的態(tài)密度，模擬不同電子密度N KVV理論俄歇價(jià)電子譜主峰強(qiáng)度Npp與次峰的Nsp的比值，發(fā)現(xiàn)了比值隨電子密度的增加而線性增加的現(xiàn)象。以Npp/ Nsp相對比與局域電荷密度的關(guān)系曲線作為標(biāo)定電子密度與俄歇電子譜廣義位移(

6、譜峰強(qiáng)度變化)的定量關(guān)系。以GaN/AlxGa1-xN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)電荷分布為對象，測量N KVV儲(chǔ)峰相對強(qiáng)度變化及其局域電荷密度分布。精確獲得了GaN/AlxGa1-xN/GaN異質(zhì)兩界面處電子和空穴的二維電子氣分布，證明了界面凈電荷的存在，與采用俄歇芯態(tài)電子能譜的能量移動(dòng)確定的局域電場變化的結(jié)果一致。 建立了納米微區(qū)結(jié)構(gòu)相的測量分析技術(shù)。采用俄歇價(jià)電子譜的理論和實(shí)驗(yàn)方法，確定纖鋅礦和閃鋅礦結(jié)構(gòu)相GaN的俄歇價(jià)電子譜廣義位移