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《复旦大学》 2005年
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硅(001)表面上硅化铒纳米结构的扫描隧道电子显微镜研究

周卫  
【摘要】: 低维量子器件由于其独特的物理性质一直吸引着大家的兴趣,在过去10多年时间里两个主要原因促使研究者对其的兴趣与日俱增。第一从纯粹科学的角度来说,由于这些纳米结构的尺度小于或者相当于德布罗意波长,因此提供了一种可以人为为材料里的各种载流子、电子和空穴制造出势阱的方法。许多原来仅仅存在于教科书里的简化理论模型现在可以在这些纳米结构中实现。第二个重要原因是这些纳米结构使量子力学不仅可以在学术领域产生影响,而且可以运用到一个实际而真实的系统。运用这些纳米器件中的量子限制效应,新概念的器件的发明变得可行。在本论文的工作中,我们主要研究硅化铒纳米结构的生长和演化,主要的工作和创新点如下: 1.在斜切的硅(001)面上获得了取向一致的硅化铒纳米线,长方形纳米岛和正方形纳米岛。在室温下不同覆盖度的铒被沉积到斜切的硅(001)表面然后在不同温度下退火不同的时间。利用扫描隧道电子显微镜,我们详细研究了硅化铒纳米结构在斜切的硅(001)表面的生长机制。对应于不同的退火温度,有不同的纳米结构在表面上形成,在600℃~650℃和730℃~750℃退火温度下,纳米线和正方形纳米岛会分别在表面上形成。他们又分别对应于不同的晶体结构,即六角的AlB_2结构和四方的ThSi_2结构。在600℃~650℃的退火温度下,纳米线在低覆盖度(0.07ML~1.14ML)下形成而在高覆盖度下(2.00ML~2.86ML)长方岛则会主要出现在表面上。高覆盖度导致高密度的初始成核并可能在纳米线中引入缺陷,从而使纳米线变短变宽。在纳米线生长的末阶段,长的纳米线开始继续长长而短的纳米线减少,出现了成熟化的现象,这个过程也被应变和纳米线之间的合并影响。 2.基于我们在斜切的硅(001)表面上的试验结果,我们获得了纳米线方向和硅表面台阶类型的关系。据此我们第一个提出了一个完整模型来解释纳米线和硅衬底的界面,从而揭示了纳米线特殊取向的成因。这个模型还和在铒生长在硅(001)表面初始阶段引起的(2×3)再构相吻合。参加反应形成纳米线的硅原子主要来源于台阶边缘而岛的形成则需要消耗台阶下的硅原子。 3.通过传统的后退火方法,当2.3ML铒沉积到硅(001)表面,在750℃下退火10分钟,可以获得高度基本一致的正方形纳米岛。并首次观察到了硅化铒纳米岛的从正方岛到长方岛的形状变化。当退火时间延长到30分钟,所有正方形岛都转化到了长方形岛。这个转变发生的临界尺寸为32nm。在对Tersoff和Tromp提出的理论模型作修改后使之适应以Volmer-Weber方式生长的硅化铒纳米岛,可以很好的解释实验上所观察到的形状转变,理论和实验非常吻合。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN304.12

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