低維合金表面上納米島的形成機理和性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代電子科學技術(shù)的發(fā)展，目前電子器件的集成度逐年增高，晶體管的密度也隨著摩爾定律達到一個前所未有的高度?，F(xiàn)代的電子設(shè)備已經(jīng)逐漸小型化，實現(xiàn)器件的小型化就需要先進的材料加工技術(shù)和材料制備工藝。薄膜科學和技術(shù)的發(fā)展給新一代電子技術(shù)提供了材料基礎(chǔ)。尤其是在納米低維材料研究方面，例如二維半導體超晶格和量子阱，一維量子線，零維量子點，已經(jīng)取得了可喜的成就。
　　 文中我們首先利用直流磁控濺射技術(shù)制備了純銦薄膜，通過SEM發(fā)現(xiàn)在濺射功率

2、和沉積時間較小時，薄膜表面比較平滑和整齊，薄膜表面呈迷宮狀。隨著濺射沉積時間的增大，薄膜表面由平滑逐漸變得粗糙，并且有銦小丘形成。沉積時間繼續(xù)增加，小丘長大。當沉積功率增大到一定值后，小丘消失，表面粗糙度增加。通過XRD結(jié)果分析，我們發(fā)現(xiàn)隨著銦沉積時間的增加銦薄膜非優(yōu)先生長晶面 (002)衍射強度比增加。最終發(fā)現(xiàn)(002)晶面的優(yōu)勢生長是由于薄膜沉積過程中逐漸增加的內(nèi)部應力釋放所致。同時我們還發(fā)現(xiàn)功率比較大時(>25W)銦薄膜表面有許多

3、納米棒形成。通過TEM發(fā)現(xiàn)，小丘是由多個顆粒聚集長大形成，同時顆粒的合并也導致了新的小丘形成，使小丘密度和直徑增大。利用射頻濺射制備的純銦薄膜也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。
　　 然后我們又利用直流和射頻濺射技術(shù)分別制備了含金緩沖層的銦薄膜樣品。通過SEM發(fā)現(xiàn)，含有金緩沖層的銦薄膜表面形成了許多納米島。并且島的尺寸與濺射沉積銦的時間、功率，基片的溫度、氬氣的氣壓和金緩沖層的厚度有關(guān)。通過XRD和TEM發(fā)現(xiàn)金緩沖層改變了銦薄膜的晶格結(jié)構(gòu)，并

4、且發(fā)現(xiàn)在金緩沖層和沉積的銦薄膜之間形成一層薄的合金層；形成的銦納米島分布均勻，尺寸分布較窄；銦納米島具有體心四方結(jié)構(gòu)。
　　 比較兩種方法制備的薄膜，我們發(fā)現(xiàn)不含金緩沖層和含有金緩沖層的薄膜形貌的不同是由于不同的機制所造成的。其中沒有金的緩沖層的銦薄膜生長屬于S-K生長模式，銦小丘的形成主要是源于薄膜內(nèi)部壓應力造成。而含有金緩沖層的銦薄膜由于襯底表面形成了一層金銦的合金層Au3In2，導致襯底表面由潤濕表面轉(zhuǎn)變?yōu)榉菨櫇竦谋砻?。這

5、種非潤濕表面使沉積的銦原子首先形成一層合金非潤濕層，然后按照V-W生長模式形成銦的三維島結(jié)構(gòu)。通過控制實驗的參數(shù)可以控制形成的銦島的尺寸和分布。
　　 我們選取一組含有金緩沖層的銦納米島在空氣中保持500℃的高溫，使銦島氧化形成了In2O3納米島結(jié)構(gòu)。通過SEM發(fā)現(xiàn)盡管在500℃的高溫下，In2O3納米島形貌并沒有發(fā)生大的改變。通過XRD發(fā)現(xiàn)，在金和銦薄膜之間形成的合金層Au3In2轉(zhuǎn)變?yōu)锳u10In3，形成的In2O3具有方鐵

6、錳礦結(jié)構(gòu)。通過EDX發(fā)現(xiàn)這些，In2O3納米島中銦和氧原子數(shù)比為：44:56，很明顯這種納米結(jié)構(gòu)中氧不足。
　　 我們知道室溫下In2O3塊體并不能發(fā)光，通過PL測試發(fā)現(xiàn)我們制備的In2O3納米結(jié)構(gòu)在Ne燈280nm激發(fā)光下，在420nm和470nm處有光致發(fā)光現(xiàn)象，同時在450nm處有一處肩部發(fā)射區(qū)。通過分析提出這種光致發(fā)光可能與In2O3納米結(jié)構(gòu)中存在的氧不足有關(guān)。氧的缺失導致材料體系中存在很多氧空位，這些氧空位可能形成很多