Si（001）斜切表面Er納米結(jié)構(gòu)及Si原子的影響作用.pdf

1、近年來納米結(jié)構(gòu)由于其獨(dú)特的物理性質(zhì)及在電子、光電子和磁性器件上的潛在應(yīng)用價值而受到人們越來越多的關(guān)注。制備納米結(jié)構(gòu)的方法之一便是自組裝生長法，它能夠更快、更好地制備出比常規(guī)的平版刻蝕技術(shù)更小的納米結(jié)構(gòu)。 幾年以前，人們就發(fā)現(xiàn)稀土金屬在Si(001)表面可以通過自組裝生長獲得納米結(jié)構(gòu)。通過實(shí)驗(yàn)，我們知道將稀土金屬沉積到Si(001)襯底上然后在300～900~C之間退火便可獲得稀土金屬硅化物納米結(jié)構(gòu)。稀土金屬原子可與Si原子發(fā)生化

2、學(xué)反應(yīng)生成硅化物，這個反應(yīng)甚至在室溫下就可以進(jìn)行，但比較緩慢。退火溫度高于臨界值400℃時，在Si表面就會形成Er硅化物的穩(wěn)定相。那么對于硅化物納米結(jié)構(gòu)的形成過程，稀土金屬原子、Si 原子都扮演什么樣的角色呢?這不僅是科學(xué)界關(guān)注的問題，而且從技術(shù)角度來講，對于控制納米結(jié)構(gòu)的尺寸、內(nèi)部晶化結(jié)構(gòu)及表面分布也至關(guān)重要。 本文首先介紹了稀土金屬Er在Si(001)-4°斜切表面納米結(jié)構(gòu)的生長規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)，Er 覆蓋度、退火溫度、退火時

3、間等對其納米結(jié)構(gòu)的形成都有著很大的影響。對應(yīng)于不同的退火溫度，有不同形狀和晶化結(jié)構(gòu)的納米體系在表面上形成。Er 覆蓋度為0.85ML 時，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出現(xiàn)。在600～650℃條件下退火，低覆蓋度(0.07ML～1.14ML)時形成納米線，而在高覆蓋度(2.00ML～2.86ML)時則形成長方形納米島。高覆蓋度常導(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

4、線變短變寬。在納米線生長的末階段，長的納米線繼續(xù)長長而短的納米線減少，出現(xiàn)了成熟化的現(xiàn)象，這個過程也受到應(yīng)變和納米線之間的合并所影響。 為了進(jìn)一步研究Si 在Er納米體系生長過程中的作用，我們在向襯底沉積Er的過程中加入Si的蒸發(fā)，并采取了不同的生長方式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明向襯底蒸發(fā)的Si原子主要影響納米結(jié)構(gòu)生長的初始階段，可增加表面的硅化鉺凝聚核，從而延緩了納米線變成正方納米島的生長過程，并且使Si襯底保留了清潔Si(001)面的臺