微纳尺度俄歇电子能谱新技术开发及其应用进展

随着纳米结构材料的广泛应用,新型微纳尺度表征技术成为纳米科学技术发展的重要途径.本文基于局域电子信息全面性的思想,从俄歇电子能谱的原理出发,理论推导出俄歇价电子能谱的简明表述方式,确定俄歇价电子能谱与微观电子结构信息的内在联系和物理意义,建立了俄歇电子能谱探测微区一系列宏观参量的新技术.其中应力测最技术的空间分辨率可优于20 nm,为微纳尺度力学测量的发展提供了重要的方法;非接触性的局域电学性质测量技术,超越了传统电学测量方法的思想框架,实现了无外场驱动的电荷密度分布、电场分布等本征电学性质表征、以及半导体异质结构整个空间区域的能带构造;结构相的测定技术,使纳米微区材料的晶体结构相识别成为可能;半导体微区导电类型测定技术,建续了非接触性电学测量的优点,并且能够灵活地探测分析复杂光电器件结构中不同区域的导电类型分布.通过实际应用于侧向外延GaN不同区域、AlxGa1-xN/GaN超晶格量子阱结构、ZnO纳米颗粒等纳米尺度复杂体系的微区宏观性质探测,获得应力/应变、电荷密度/电场、结构相以及导电类型及其分布等结果,验证了所建立的测量技术的有效性和可靠性.     

分子束外延GaN薄膜的X射线光电子能谱和俄歇电子能谱研究

用XPS和AES电子能谱的方法对等离子体辅助分子束外延(MBE)生长的GaN薄膜进行了表面分析和深度剖析.发现红外分子束外延(RFMBE)生长的富镓GaN薄膜实际表面存在O和C吸附层,C主要为物理吸附,而O在GaN表面形成局域化学键产生氧络合物覆盖层,并形成一定的深度分布.杂质O在GaN带隙中导带底形成杂质带同时引入深受主能级,使得带隙变窄室温光吸收谱向低能方向移动,光致发光谱出现宽带发光峰.从而影响GaN薄膜的电学和光学性质 关键词： GaN薄膜 X射线光电子能谱 俄歇电子能谱 表面分析     

MBE生长氮化镓薄膜的X光电子谱和俄歇电子谱分析

用X光电子谱和俄歇电子能谱的方法对射频等离子体辅助分子束外延(MBE)技术生长的氮化镓(GaN)薄膜进行了表面分析和深度剖析.发现薄膜实际表面存在O和C吸附层,C主要为表面污染,而O形成一定的深度分布,从而影响氮化镓薄膜的电学和光学性质.     

白碳纳米晶薄膜及其场致电子发射特性

利用微波等离子体化学气相沉积方法,以甲烷、氢混合气体为反应气体,具有钛镀层的玻璃作为衬底,制备了具有sp¹杂化结构的白碳纳米晶薄膜。利用X射线衍射、俄歇电子能谱,以及扫描电子显微镜对薄膜结构进行了表征。以白碳纳米晶薄膜为阴极,以镀有ITO透明导电薄膜玻璃为阳极,采用二极管结构,测试了白碳纳米晶薄膜的场致电子发射特性。开启电场为2.5 V/μm,在电场为5 V/μm时的电流密度为200μA/cm²。对白碳纳米晶薄膜生长机理,以及其场致电子发射机制进行了讨论。     

SiNx插入层的生长位置对GaN外延薄膜性质的影响

系统研究了纳米量级的多孔 SiNx插入层生长位置对高质量GaN外延薄膜性质的影响.高分辨X射线衍射测量结果表明:SiNx插入层生长在CaN粗糙层上能够得到最好的晶体质量.利用测量结果分别计算出了螺位错和刃位错的密度.此外,GaN薄膜的光学、电学性质分别用Raman散射能谱、低温光致发光能谱和霍尔测量的方法进行了表征.实...     

GexSi1-x/Si超晶格的俄歇深度剖面分析

用氩离子刻蚀和俄歇电子能谱测量Ge_xSi_1-x/Si应变层超晶格的成分深度分布,得到Ge,Si两种成分随深度的周期性变化,在二次电子象中观察到刻蚀坑边缘的明暗交替的周期性结构。讨论了用俄歇深度剖面分布作超晶格结构分析的特点及其局限性。 关键词：     

新型扫描微波显微术

微波是整个电磁频谱非常重要的组成部分,可以与物质发生丰富的相互作用;而原子力 显微术(Atomic Force Microscopy,AFM) 有超高的空间分辨率,是纳米研究的核心工具。将 微波技术与AFM 结合将实现一种全新的扫描微波显微术(Scanning Microwave Microscopy, SMM)。该技术可以探测各种样品（包括导体、半导体、绝缘体及其它新型材料）在微纳米尺度 的多种电学性质,如载流子类型、介电常数、电导率和导磁系数等;以及实现微纳米尺度下微波 探测技术,如NMR、ESR 等,具有非常广阔的应用前景。文中综述了SMM 的基本原理,仪器 组成,并介绍了其在电学性质探测、各种新型材料、生物等方面的前沿应用实例。最后,文章展 望了扫描微波显微术的进一步技术发展和应用研究。     

金纳米环结构的光学性质研究

采用离散偶极子近似方法(DDA)研究了两种不同形状的金纳米环结构的消光光谱及其近电场分布, 研究了等离子体消光峰的红移、蓝移现象及消光系数与结构参数之间的关系, 并与盘状的金纳米结构进行了比较. 在等离子体共振峰波长入射时, 金纳米环结构比金纳米盘结构产生更大的局域增强电场分布, 横截面为圆形的金纳米环结构比横截面为矩形的结构具有更大的局域增强电场分布, 更适合作为表面增强拉曼散射的衬底. 关键词： 离散偶极子近似 金纳米环 金纳米盘 光学性质     

微通道板表面发雾的AES分析

应用俄歇电子能谱对微通道板表面发雾区域进行分析。分析结果表明,发雾区碳含量比正常区高三倍。由此可推测出,发雾是由碳污染引起的,而这种碳污染很可能是残留于微通道板上的某些有机物在烧氢时碳化所致。     

阴极荧光在表面等离激元研究领域的应用

表面等离激元以其独特的光学性质广泛应用于纳米尺度的局域电磁场增强、超高分辨成像及微弱光电探测.阴极荧光是电子与物质相互作用而产生的光学响应,利用电子束激发金属纳米结构能够实现局域等离激元共振,并在亚波长尺度实现对共振模式的调控,具有超高空间分辨的成像特点.阴极荧光探测通常结合扫描电子显微镜或透射电子显微镜而实现,目前己被应用于表面等离激元的探测及共振模式的分析.本文从阴极荧光物理机理出发,综述了单一金属纳米结构和金属耦合结构的等离激元共振模式阴极荧光研究进展,并总结了阴极荧光与角分辨、时间分辨以及电子能量损失谱等关键技术相结合的应用,进一步分析了其面临的关键问题,最后展望了阴极荧光等离激元研究方向.     

硅衬底InGaN/GaN基蓝光发光二极管droop效应的研究

InGaN/GaN基阱垒结构LED当注入的电流密度较大时, LED的量子效率随注入电流密度增大而下降, 即droop效应.本文在Si (111)衬底上生长了 InGaN/GaN 基蓝光多量子阱结构的LED,通过将实验测量的光电性能曲线与利用ABC模型模拟的结果进行对比, 探讨了droop效应的成因.结果显示:温度下降会阻碍电流扩展和降低空穴浓度, 电子在阱中分布会越来越不平衡,阱中局部区域中因填充了势能越来越高的电子而溢出阱外, 从而使droop效应随着温度的降低在更小的电流密度下出现且更为严重, 不同温度下实验值与俄歇复合模型模拟的结果在高注入时趋势相反.这此结果表明,引起 droop效应的主因不是俄歇非辐射复合而是电子溢出,电子溢出的本质原因是载流子在阱中分布不均衡.     

超高真空俄歇电子能谱原位加热和GaN热效应研究

建立一套基于超高真空俄歇电子能谱的原位加热系统,对GaN薄膜进行热效应研究．随着温度的增加,Ga LMM和Ga MVV的动能减小．利用第一性原理计算,获得理论的GaMVV俄歇谱.加热过程由于晶格热膨胀以及表面原子再构引起价电子态密度发生变化,从而导致价带俄歇谱负移．     

纳米结构电学性质的静电力显微镜研究方法

纳米尺度的材料具有许多不同于宏观体材料的奇特的物理和化学特性.了解纳米结构的物性随材料尺寸及形状的变化关系,对于设计和合成具有特定功能的纳米材料有重要的指导意义.静电力显微镜技术为研究微纳米尺度下材料的电学特性提供了强有力的工具.文章介绍了这种测量技术的基本原理,并列举了几种在静电力显微镜基础上发展起来的纳米材料电学性...     

SPEES针尖参数对样品表面电子出射影响的模拟研究

报道了对扫描探针电子能谱仪（SPEES）中俄歇电子出射的理论模拟研究。 通过对俄歇电子在针尖电场作用下运动轨迹的模拟以及综合考虑从针尖场发射电子到俄歇电子出射全过程中各种因素的影响, 系统研究了针尖形状、 针尖偏压和针尖 样品距离对俄歇电子出射效率的影响, 以及出射俄歇电子束流密度在针尖电场区边缘处的分布。 研究结果为提高SPEES的收集效率、 空间分辨以及能量分辨提供了重要的参考数据。 The simulation of the Auger electron emissions in scanning probe electron energy spectrometer (SPEES) is reported. By simulating the trajectory of Auger electrons, we systematically investigate the dependence of the emission efficiency of Auger electrons on the shape of tip, the biasing voltage, and the distance between the tip and sample surface, as well as the intensity distributions of Auger electrons at the edge of tip sample region. The results will be the significant reference for improving the sensitivity, spatial and energy resolutions of SPEEs.     

Al/GaN/Al_2O_3微纳米多层结构界面热阻实验重构

通过GaN基微纳米器件中纳米尺度界面的热输运成为微系统热管理和热设计的热点和难点,而通过GaN/Al_2 O_3之间界面热阻尚未测试。首先采用双波长TDTR方法测量了Al膜与GaN薄膜之间的界面热阻,然后借助热阻抗网络和参数敏感性分析,利用宽频3ω法对Al/GaN/Al_2 O_3多层薄膜结构内部界面热阻进行实验重构。两种方法测量的GaN/Al_2 O_3之间界面热阻量级相同,相互验证了测试结果的合理性。两种方法结合可实现微纳米多层结构多个热物性参数的精细描述。     

金属纳米结构表面吸附的CO分子在外电场中的相互作用

建立金属纳米颗粒在外电场中的排列结构模型，用经典理论分析纳米结构金属表面上吸附的CO分子在外电场中的相互作用能，包括有效偶极子间的相互作用和与局域电场的相互作用，并讨论和计算了纳米颗粒表面附近的局域电场. 用Monte-Carlo方法进行数值计算和模拟，具体给出纳米颗粒表面CO分子的分布和相互作用能，表明金属表面纳米结构使CO产生凝聚，并使分子相互作用能增加，为解释异常红外吸收效应提供依据. 关键词： 纳米结构金属 吸附分子 相互作用 局域电场     

电场对半导体俄歇复合的影响

半导体的无辐射俄歇复合有时受电场的影响。不仅受外场而且也受内场(表面场,p-n结电场)的影响,因此我们计算了这种场(以均匀场处理)的影响。利用微扰理论,电场中Bloch电子是非微扰系统,而引起Auger跃迁的电子-电子相互作用被认     

多层纳米AlGaN薄膜制备及其场发射性能

本文采用激光脉冲沉积系统在SiC基底上制备了GaN/AlN/GaN多层纳米结构薄膜,探索了多层纳米薄膜量子结构增强场发射性能.X射线衍射和扫描电子显微镜结果表明,已成功制备出了界面清晰、结晶良好的GaN/AlN/GaN多层纳米薄膜.场发射测试结果表明:多层纳米薄膜结构相对于GaN和AlN单层纳米薄膜,其场发射性能得到显著提升.其开启电场低至0.93V/μm,电流密度在5.5V/μm时已经能够达到30mA/cm~2.随后进一步分析了纳米结构增强场发射机理,电子在GaN/AlN/GaN多层纳米薄膜结构中的量子阱中积累使其表面势垒高度显著下降,并通过共振隧穿效应进一步提高电子的透过概率,从而使场发射性能极大提高.研究结果将为应用于高性能场发射器件的纳米薄膜材料的制备提供一种好的技术方案.     

CH_4,CH_3Cl,CHCl_2F,CF_4在0.8—2.0MeV~4He~+束流轰击下碳原子KLL俄歇电子产生率和化学环境的影响

实验测量了CH_4,CH_3Cl,CHCl_2F,CH_4在0。8—2。0MeV~4He~+束流轰击下碳原KLL俄歇电子产生率,结果表明产生率随碳原子化学环境的不同有明显的差别,CH_4和CHCl_2F,CF_4的俄歇电子产生率差异达30%以上。这种差异和非弹性散射修正或碳原子外层有效价电子校正结果均相符合,虽然前者符合可能稍好。测量结果显示可能存在其他因素或综合因素对产生率的影响。     

基于凹槽结构抑制AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应

基于双脉冲技术,研究了GaN缓冲层陷阱对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应的影响.结果表明,栅边缘漏侧的电场峰值使得沟道电子跃迁至缓冲层,并被缓冲层中的陷阱俘获是造成电流崩塌的主要原因之一.提出了势垒层局部凹槽结构,降低了栅边缘漏侧的电场峰值,使电场分布更加均匀,改善了器件的电流崩塌效应.与传统AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构相比,新器件结构对电流崩塌效应的抑制作用至少提升了22.30%.