收藏本站
《复旦大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锗硅量子点的自组织生长和微结构的研究

林健晖  
【摘要】: 以半导体量子点为代表的半导体纳米结构在光电子、微电子和单电子器件领域有重要的应用前景,在硅衬底上自组织生长的GeSi量子点由于与成熟的硅集成电路工艺兼容更具有特殊的意义,是当前的研究热点之一. 研究GeSi量子点中的组分和应变分布,有助于理解量子点的结构和物理特性之间的关系,同时也有助于了解量子点的生长机制.我们利用透射电子显微术研究了单个GeSi/Si(001)量子点的组分和应变分布.通过分析GeSi量子点的高分辨透射电子显微镜图像,获得了单个量子点中各处的晶格变化.根据弹性理论和Vergard定律,由晶格常数得到了量子点的组分分布和应变分布.结果显示量子点中心偏顶部区域的Ge组分最高,项部表面的Ge组分较低,底部侧表面的Ge组分最低,其组分分别为0.7,0.6和0.3.量子点中的Si原子是在量子点的生长过程中通过表面扩散而不是界面扩散进入量子点的.量子点中的应变是部分弛豫的,其应变分布为,量子点中间最大,底部比顶部大.量子点中的应变弛豫是通过Si衬底的形变来实现的. 在实际器件应用中,Ge/Si量子点往往需要被掩埋在Si材料中.我们研究了初始覆盖Si层的厚度和温度对自组织GeSi/Si(001)量子点形状、大小及其组分和应变的影响.量子点在400℃下覆盖Si层后,形貌均没有变化:在640℃下初始覆盖Si层后,形貌从圆顶演变为由金字塔或棚屋.利用拉曼光谱实验研究量子点在覆盖Si层前后的组分和应变的变化.根据实验结果得到没有覆盖Si层量子点的平均Ge组分和应变分别为0.74和-0.98%;在400℃下覆盖Si层后,量子点里面的组分和应变均没有改变;在640℃下覆盖Si层后,量子点的Ge组分降低和应变增加.覆盖厚度3.2(?)的Si层后,量子点的平均Ge组分和应变分别为0.71和-1.74%;覆盖厚度6.4(?)的Si层后,量子点的平均Ge组分和应变分别为0.69和-1.63%.考虑到体积的变化,量子点总的应变能增大.通过分析,量子点表面能的变化远小于应变能的变化.考虑到量子点下方的衬底应变能的变化,系统(衬底+量子点)的总能量才有可能下降. Si覆盖层在高温下生长,被掩埋量子点的形貌和组分会发生显著变化,从而量子点的物理性质以及周围的应变Si的特性也随着发生明显变化.这不是人们所希望的.降低Si覆盖层的生长温度,可以使得被掩埋量子点的形貌和组分保持不变.然而低温生长的Si覆盖层的晶体质量尤其是随着覆盖层厚度的变化很少被人们关注.这对于利用量子点周围应变Si制作器件而言是一个十分重要的问题.我们利用透射电子显微学研究了GeSi/Si(001)量子点低温Si覆盖层的晶体质量及其随覆盖层厚度的变化.研究结果表明,在温度300℃下,覆盖Si层后量子点的形貌和组分保持不变,然而当Si覆盖层厚度超过一定数值时(20-30 nm),在量子点的正上方产生了层错或者微孪晶等面缺陷,并且这些面缺陷随着覆盖层厚度的增加扩展到样品表面.这一发现对应变Si层的器件应用无疑是值得关注的结果.另外,对于两个靠近的量子点,这种面缺陷在两个量子点的内侧上方优先产生.根据低温生长Si覆盖层中应变能随厚度的变化及其释放定性地解释了这些现象. 在量子点上低温生长的Si覆盖层经过高温退火之后,表面会形成与量子点密度和尺寸相近的方坑,通过TEM实验发现每个坑的正下方均有一个量子点.在Si层中,量子点上方区域是应变集中的区域.尽管在低温下覆盖一定厚度的Si层后,在量子点正上方的Si层会形成堆垛层错等面缺陷,但是Si层中依然有较大的残余应变.在高温下,Si原子在应变的驱使下,从应变能高的区域迁移到较低的区域而最终形成了坑.
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O471.1

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 秦捷,蒋最敏,王迅;自组织生长锗硅量子点及其特性[J];物理;1998年06期
2 ;海外之窗[J];河南科技;2001年07期
3 蔡惟泉;量子点使单个光子定位[J];激光与光电子学进展;2001年08期
4 李朝霞,李作宏;单量子点体系极化电子的输运[J];烟台大学学报(自然科学与工程版);2004年02期
5 张胜坤,蒋最敏,王迅;自组织生长锗量子点的库仑荷电效应[J];物理;1998年11期
6 ;发光材料、荧光材料[J];中国光学与应用光学文摘;2003年03期
7 冯金福;正常金属-量子点-超导系统的共振隧穿[J];常熟高专学报;2004年04期
8 王立国,丁朝华,肖景林;抛物形量子点中弱耦合极化子的性质[J];发光学报;2004年06期
9 陈枫,封松林,杨锡震,王志明,汪辉,邓元明;InAs自组织生长量子点的电子俘获势垒[J];红外与毫米波学报;1997年04期
10 汪兆平,韩和相,李国华;自组织生长的量子点结构及其光学特性[J];光散射学报;1997年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张黎黎;张灿邦;张宏伟;周凌云;;核/壳量子点与生物分子偶联机制及其荧光特征的量子力学分析[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
2 陈立波;L.J.Sham;EdoWaks;顾永建;;光控耦合双量子点之间的超快相位门[A];第十五届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2012年
3 李勇;谢志雄;;一种基于酵母细胞的硒化镉量子点的绿色合成方法[A];2010年第四届全国微生物遗传学学术研讨会论文摘要集[C];2010年
4 杨坤;张春阳;;基于量子点与荧光微球双色并发机制的单分子检测研究[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年
5 张立明;张智军;;石墨烯量子点的合成及光谱特性研究[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
6 朱守俊;张俊虎;刘学;唐诗佳;李波;杨柏;;石墨烯量子点的制备及其在生物成像领域的应用[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
7 张黎黎;张灿邦;张宏伟;周凌云;;激光与量子点和生物分子偶联结构的极化子或激子的相互作用机制的量子力学分析[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
8 王迅;;半导体量子点的库仑荷电效应[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
9 董玥;尚欣;郝先;朱永春;王宏达;;量子点与Hela的相互作用[A];第一届全国生物物理化学会议暨生物物理化学发展战略研讨会论文摘要集[C];2010年
10 苑光辉;明海;王沛;;近场激发下的量子点共振能量转移研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘霞;科学实验发现:量子点不是点[N];科技日报;2010年
2 记者 刘霞;量子点与经典数据流可在光纤内同行[N];科技日报;2011年
3 张巍巍;单个电子可如“乒乓球”般在量子点间往返[N];科技日报;2011年
4 刘霞;量子点全光开关有望让光互联取代电子互联[N];科技日报;2011年
5 微文;6英寸锗硅芯片项目落户深圳[N];中国电子报;2003年
6 金明;高科子公司组建合资公司进军锗硅芯片领域[N];中国有色金属报;2003年
7 冯卫东;美公司推出高性能量子点感光元件[N];科技日报;2010年
8 刘牧洋;我国量子点研究获新突破[N];光明日报;2003年
9 冯卫东;美研究可高效阻断蛋白生成的量子点技术[N];科技日报;2008年
10 刘晓燕;深圳高科公司引进国内首条锗硅芯片生产线[N];中国高新技术产业导报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王科范;Si表面Ge量子点的MBE外延生长及其结构表征[D];中国科学技术大学;2006年
2 董乔梅;食管癌相关分子功能和纳米材料量子点新特性研究[D];北京协和医学院;2011年
3 苗雁鸣;几种纳米体系的制备表征和生物应用[D];中国科学院研究生院(物理研究所);2006年
4 杨景海;Ⅲ-V族化合物半导体材料GaN外延膜和InAs量子点的制备及光学特性研究[D];吉林大学;2006年
5 王会堂;胰岛素受体亲合短肽的筛选、合成及量子点荧光标记的研究[D];东北师范大学;2005年
6 吕威;低维半导体材料(InGaN量子阱、InAs量子点)显微结构与光学性能关系研究[D];吉林大学;2005年
7 房铁峰;介观Kondo输运[D];兰州大学;2007年
8 陈刚;微腔中多体系统的新奇量子相变及其调控[D];山西大学;2009年
9 傅昕;核壳型量子点和功能化聚苯乙烯微球的制备、表征及在荧光标记上的应用[D];中南大学;2010年
10 赵晓薇;Si衬底上低压MOCVD生长ZnS,ZnSe薄膜和ZnSe量子点[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈言午;GeSi量子点PL谱的研究[D];复旦大学;2010年
2 任娟;合成水溶性量子点及其作为离子探针[D];兰州大学;2009年
3 左超;水溶性量子点和磁性纳米粒子的制备[D];武汉大学;2004年
4 鞠文明;声子腔中半导体双量子点量子比特的动力学[D];上海交通大学;2010年
5 龙宇;电子—声子相互作用对量子环输运性质的影响[D];河北师范大学;2010年
6 张冬;压力下应变GaN/Al_xGa_(1-x)N柱形量子点中杂质态结合能[D];内蒙古大学;2010年
7 万异;水相合成量子点用于生物分子检测的研究[D];吉林大学;2004年
8 陈泽冠;CdSe/CdS量子点薄膜的制备及其光电性能[D];苏州大学;2010年
9 刘俊余;新型水溶性CdTe量子点荧光探针的制备及其在肿瘤多药耐药研究中的应用[D];东北师范大学;2010年
10 常加峰;量子点与量子位构造[D];扬州大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026