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锗硅量子点的制备及退火特性研究

蔡其佳  
【摘要】: 本文主要对锗硅量子点的制备及性质进行了研究。本文研究了通过图形衬底制备量子点的生长方式,并研究了生长参数和衬底条件对量子点形貌的影响。同时,本文还研究了退火温度对量子点物理性质的影响,并通过光电流谱对量子点的能级结构进行了研究。 本文研究了在图形衬底上制备量子点的方法及其形貌表征。我们通过两种手段:EBL和排列PS小球,采用湿法和干法腐蚀工艺,成功制备了图形衬底,并在EBL图形衬底上生长出环形排布量子点结构。同时,本文还研究了图形衬底、缓冲层厚度、锗沉积量等因素对量子点形貌的影响。其中,平衬底及去除氧化层的图形衬底都不能得到规则的量子点排布结构;更多的锗沉积量将导致环形排布结构的消失,并且呈现出“碟状”结构;而更厚的缓冲层厚度,也同样影响了量子点形貌,不仅出现“碟状”结构,还出现量子点排列在四个方位的情况。此外,我们还发现缺陷的存在,也极大的影响了量子点的生长及排列。这些都能用量子点生长的应变机制进行很好的解释。 本文还研究了退火过程及退火温度对量子点物理性质的影响。通过研究发现,无退火的量子点并没有明显增强样品在红外区域的光电流响应,而退火后则明显增强了响应信号。同时,当退火温度超过800度后,量子点样品的红外光电流响应反而减小了。通过对退火后量子点特性深入的研究,我们发现退火主要使量子点发生了三个变化:缺陷的减少;锗硅互扩散:应变弛豫。通过讨论,我们解释了光电流谱蓝移的变化原因:锗硅互扩散及应变弛豫双重作用下,导致量子点合金禁带宽度的变宽。最后,我们还对量子点内部能级结构进行了研究。我们发现量子点内部存在至少两个能级,其中基态能级和价带的能量差约为0.347eV,而第一激发态和基态的能级差约为48meV。


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