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。第一從純粹科學的角度來說，由于這些納米結(jié)構(gòu)的尺度小于或者相當于德布羅意波長，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)使量子力學不僅可以在學術(shù)領域產(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，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