硅(001)图形衬底上锗硅纳米线的定位生长

纳米线的定位生长是实现纳米线量子器件寻址和集成的前提.结合自上而下的纳米加工和自下而上的自组装技术,通过分子束外延生长方法,在具有周期性凹槽结构的硅(001)图形衬底上首先低温生长硅锗薄膜然后升温退火,实现了有序锗硅纳米线在凹槽中的定位生长,锗硅纳米线的表面晶面为(105)晶面.详细研究了退火温度、硅锗的比例及图形周期对纳米线形成与否,以及纳米线尺寸的影响.     

GaAs(111)表面硅烯、锗烯的几何及电子性质研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 系统研究了硅烯、锗烯在GaAs(111) 表面的几何及电子结构. 研究发现, 硅烯、锗烯均可在As-中断和Ga-中断的GaAs(111) 表面稳定存在, 并呈现蜂窝状六角几何构型. 形成能计算结果证明了其实验制备的可行性. 同时发现硅烯、锗烯与GaAs表面存在共价键作用, 这破坏了其Dirac电子性质. 进一步探索了利用氢插层恢复硅烯、锗烯Dirac电子性质的方法. 发现该方法可使As-中断面上硅烯、锗烯的Dirac电子性质得到很好恢复, 而在Ga-中断面上的效果不够理想. 此外, 基于原子轨道成键和杂化理论揭示了GaAs表面硅烯、锗烯能带变化的物理机理. 研究结果为硅烯、锗烯在半导体基底上的制备及应用奠定了理论基础.     

表面键合对硅(111)量子面电子结构的影响

将纳米硅薄膜看成理想的一维限制的量子面结构,通过第一性原理计算研究了不同厚度的硅(111)量子面的能带结构及态密度。随着量子面厚度的变化,在Si—H键钝化较好的量子面结构上,其带隙宽度变化主要遵循量子限制效应规律。当在表面掺杂时,模拟计算表面含Si—N键的硅(111)量子面的结果表明:在一定厚度范围内,带隙宽度主要由量子限制效应决定;超过这个厚度,带隙宽度同时受量子限制效应和表面键合结构的影响。保持量子面厚度不变,表面掺杂浓度越大则带隙变窄效应越明显。同样,模拟计算含Si—Yb键的硅(111)量子面的结果也有同样的效应。几乎所有的模拟计算结果都显示:量子面的能带结构均呈现出准直接带隙特征。     

700℃退火下铝调制镍硅锗薄膜的外延生长机理

文章研究了在700℃退火下,铝插入层调制镍和硅锗合金反应形成单相镍硅锗化物的生长机理.透射电镜测试结果表明,镍硅锗薄膜和硅锗衬底基本达到赝晶生长;二次质谱仪和卢瑟福沟道背散射测试结果表明,在镍硅锗薄膜形成的过程中,铝原子大部分移动到镍硅锗薄膜的表面.研究结果表明,铝原子的存在延迟了镍和硅锗合金的反应,镍硅锗薄膜的热稳定性和均匀性都得到了提高.最后,基于上述实验结果给出了铝原子调制形成外延镍硅锗薄膜的生长机理.     

三个新的稳定硅表面及其家族领地

为了对稳定硅表面进行广泛的搜索,利用低能电子衍射(LEED)研究了13个散布在极射投影三角内各处的高指数硅表面:Si(10　4　13),(6　2　7),(8　4　11),(4　1　10),(2　1　5),(5　1　10),(5　2　10),(5　1　5),(5　1　6),(4　0　5),(12　4　19),(12　3　14)和(12　3　16).结果发现这些清洁的硅表面都不稳定,因为在被充分退火后,它们会彻底小面化成为分属一个或几个稳定表面的小面.提出了一套行之有效的方法,使小面化表面的复杂LEED图得以可靠地标定,进而确定了全部出现的稳定表面的指数.除已知的Si(15　3　23)外,还发现三个新的稳定表面,即Si(20　4　23),(3　1　4)和(3　1　7).同时也粗略地确定了它们的家族领地为了对稳定硅表面进行广泛的搜索,利用低能电子衍射(LEED)研究了13个散布在极射投影三角内各处的高指数硅表面:Si(10　4　13),(6　2　7),(8　4　11),(4　1　10),(2　1　5),(5　1　10),(5　2　10),(5　1　5),(5　1　6),(4　0　5),(12　4　19),(12　3　14)和(12　3　16).结果发现这些清洁的硅表面都不稳定,因为在被充分退火后,它们会彻底小面化成为分属一个或几个稳定表面的小面.提出了一套行之有效的方法,使小面化表面的复杂LEED图得以可靠地标定,进而确定了全部出现的稳定表面的指数.除已知的Si(15　3　23)外,还发现三个新的稳定表面,即Si(20　4　23),(3　1　4)和(3　1　7).同时也粗略地确定了它们的家族领地 关键词： 高指数表面 硅 铟 小面化     

Si(111)-(7×7)表面上Ge量子点的自组织生长

用扫描隧道显微镜研究了Si(111)(7×7)表面上Ge量子点的自组织生长.室温下用固相外延法在硅基底上沉积亚单层的Ge,然后在适当的温度下退火可以聚集形成有序的Ge量子点.由于Ge在Si(111)(7×7)表面选择性的吸附而形成有序的Ge量子点. 关键词： 锗 硅 扫描隧道显微镜 自组织生长     

硅基III-V族量子点激光器的发展现状和前景

本文简要综述了硅基III-V族量子点激光器的研究进展. 在介绍了量子点激光器的优势和发展后, 重点介绍了近年来硅基、锗基III-V族量子点材料生长上的突破性进展及所带来的器件性能的大幅提高, 如实现了锗基和硅基1.3 μm InAs/GaAs量子点激光器的室温激射, 锗基量子点激光器的阈值电流低至55.2 A/cm²并可达60 ℃以上的连续激射, 通过锗硅虚拟衬底, 在硅基上实现了30 ℃下以16.6 mW的输出功率达到4600 h的激光寿命, 这些突破性的进展为硅基光电子集成打开了新的大门.     

硅烯和锗烯的生长及其机制研究

正硅烯和锗烯分别是由硅原子和锗原子组成的具有类似石墨烯结构的二维材料。与组成石墨烯的sp~2杂化的碳原子不同,硅原子和锗原子在能量上更倾向于sp~3杂化,这是一种三维的共价键构型,所以在自然界中不存在类似石墨那样的层状结构的块体硅和锗,因此也不可能像剥离石墨烯那样从块体中得到硅烯和锗烯单层。这两种材料的生长需要使用单层可控的沉积技术,并选择合适的基底,从而使硅和锗倾向于二维平面生长而     

硅锗量子阱发光器件的探索

介绍了提高硅发光效率的一些途径，关阐述硅锗合金的发光的基础上，分析了硅锗量子阱的光致发光机理及特性，并介绍了硅锗量子阱电致发光研究的进展。     

自组织生长锗硅量子点及其特性

半导体量子点的研究是当今物理学研究的热点之一．文章阐述了锗硅量子点自组织生长方法的基本原理和技术，并介绍了所制备的量子点材料的形貌结构、光学特性、电学特性及今后的发展方向．     

硅和锗纳米线的原子排布和电荷分布的密度泛函紧束缚方法研究

低维硅锗材料是制备纳米电子器件的重要候选材料，是研发高效率、低能耗和超高速新一代纳米电子器件的基础材料之一，有着潜在的应用价值。采用密度泛函紧束缚方法分别对厚度相同、宽度在0.272 nm~0.554 nm之间的硅纳米线和宽度在0.283 nm~0.567 nm之间的锗纳米线的原子排布和电荷分布进行了计算研究。硅、锗纳米线宽度的改变使原子排布，纳米线的原子间键长和键角发生明显改变。纳米线表层结构的改变对各层内的电荷分布产生重要影响。纳米线中各原子的电荷转移量与该原子在表层内的位置相关。纳米线的尺寸和表层内原子排列结构对体系的稳定性产生重要影响。     

Electronic states and shapes of silicon quantum dots

A curviform surface breaks the symmetrical shape of silicon quantum dots on which some bonds can produce localized electronic states in the bandgap. The calculation results show that the bonding energy and electronic states of silicon quantum dots are different on various curved surfaces, for example, a Si-O-Si bridge bond on curved surface provides localized levels in bandgap and its bonding energy is shallower than that on the facet. The red-shifting ofthe photoluminescence spectrum on smaller silicon quantum dots can be explained by the curved surface effect. Experiments demonstrate that silicon quantum dots are activated for emission due to the localized levels provided by the curved surface effect.     

Über die charakteristischen Energieverluste bei Elektronenstreuung an Si-Spaltflächen

The energy spectrum of electrons scattered inelastically at cleavage surfaces of silicon and germanium into Bragg reflection spots differs from that obtained by transmission by low lying characteristic energy losses. The dependence of their intensity on the order of the diffraction spots, on the surface roughness, and on the angle near the diffraction spot shows that they are due to surface plasma oscillations. The transmission energy spectrum is mainly due to the excitation of volume plasma oscillations.     

硅量子点的形状及其弯曲表面效应

硅量子点的弯曲表面引起系统的对称性破缺, 致使某些表面键合在能带的带隙中形成局域电子态.计算结果表明:硅量子点的表面曲率不同形成的表面键合结合能和电子态分布明显不同. 例如, Si–O–Si桥键在曲率较大的表面键合能够在带隙中形成局域能级, 而在硅量子点曲率较小的近平台表面上键合不会形成任何局域态, 但此时的键合结合能较低. 用弯曲表面效应(CS)可以解释较小硅量子点的光致荧光光谱的红移现象. CS效应揭示了纳米物理中又一奇妙的特性. 实验证实, CS效应在带隙中形成的局域能级可以激活硅量子点发光. 关键词： 硅量子点 弯曲表面效应 表面键合 局域能级     

Formation of ultrasmall germanium nanoislands with a high density on an atomically clean surface of silicon oxide

The experimental results of an investigation into the initial stages of growth of a germanium film on an atomically clean oxidized silicon surface are reported. It is shown that the growth of the germanium film in this system occurs through the Volmer-Weber mechanism. Elastically strained nanoislands with a lateral size of less than 10 nm and a density of 2 × 10¹² cm^?2 are formed on the oxidized silicon surface. In germanium films with a thickness greater than 5 monolayers (ML), there also arise completely relaxed germanium nanoislands with a lateral size of up to 200 nm and a density of 1.5 × 10⁹ cm^?2.     

Field emission measured from nanostructured germanium and silicon thin films

We have prepared nanostructured thin films of germanium and silicon. The films were grown by an ion beam sputtering technique followed by a rapid annealing step using an electron beam annealer. The annealing temperature is a comparatively low 500 °C, resulting in well defined nano-islands on the film surface. Electron field emission has been measured from the surfaces under high vacuum. The threshold electric field value for significant current flow was measured as 2.5 V μm⁻¹ for a silicon thin film which is comparable to other silicon technologies. A value of 0.5 V μm⁻¹ for a germanium thin film represents an order of magnitude improvement for related germanium nanostructured systems.     

In situ monitoring of nucleation and evolution of Ge nanodots on faintly oxidized Si(1 1 1) surfaces

We have investigated the nucleation and evolution of germanium (Ge) nanodot (ND)s taking place while depositing Ge onto the silicon (Si) (1 1 1) surfaces with ultra-thin Si oxide films by using ultra-high vacuum in situ high-resolution transmission electron microscopy in the profile-imaging geometry. Various types of growth phenomena such as nucleation, growth and coalescence of Ge NDs have successfully been observed. The results show that the growth phenomena of the Ge NDs are dramatically rapid after their size reaches the size of the critical nucleus. The critical nucleus size estimated from a model using the cohesive energy of the Ge NDs has been consistent with observed one.     

单脉冲纳秒激光诱导硅表面微结构

利用Nd:YAG纳秒脉冲激光(波长532nm)在空气中对单晶硅表面进行单脉冲辐照,研究了激光能量密度和光斑面积变化对微结构的影响。通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜(AFM)对样品表征,并对纳秒激光辐照硅的热力学过程进行分析。结果显示:当脉冲激光的能量密度接近硅的熔融阈值且光斑直径小于8μm时,形成尖峰微结构;随着能量密度或光斑面积增大,尖峰结构消失,形成边缘隆起和弹坑微结构。通过流体动力学模型得到微结构形貌的解析解,模拟得到的微结构形貌与实验测得的AFM数据一致。研究表明微结构的形成主要是由于表面张力引起的熔融硅流动。表面张力与表面温度和表面活性剂的质量浓度有关。温度梯度引起的热毛细流作用和表面活性剂浓度引起的毛细作用共同影响下形成尖峰、边缘隆起和弹坑微结构。     

硅、锗中氧的低温红外吸收

在6—300K下,利用红外傅里叶光谱仪研究了400—4000cm^-1间的硅、锗中氧的红外吸收。采用高分辨条件时,分辨率可达0.5cm^-1。研究了在低温下利用硅的1106cm^-1吸收峰和锗的855cm^-1吸收峰探测硅和锗氧含量的探测限和误差。若样品厚度为2cm,估计在20K下,硅中氧含量探测限～9.6×10¹⁴氧原子·cm^-3,锗中氧含量探测限～3.0×10¹⁴氧原子·cm^-3。同时,对不同生长条件下直拉锗单晶的氧含量进行了研究,并与用锂沉淀法所求得的锗中氧含量加以比较。对不同氧含量的硅样品的1106cm^-1吸收峰在6—300K的变化进行了观察和讨论。 关键词：     

Surface chemistry on semiconductors studied by molecular-beam reactive scattering

This Report reviews the use of molecular-beam reactive scattering to study the surface reactions of gas molecules on semiconductors which have relevance to microelectronic technologies. Modern semiconductor fabrication techniques rely heavily on dry processes where gas-surface reactions are the basic premise. This article focuses on the use of supersonic molecular-beam-surface scattering to study the dynamics and kinetics of surface reactions connected with the growth and etching processes on semiconductor surfaces. The discussion on growth processes covers the oxidation of silicon and germanium, the tungsten-hexafluoride-based tungsten deposition, and the organometallic chemical vapor deposition of gallium arsenide. The discussion on etching processes covers the halogen-based etching of gallium arsenide and silicon. An overview of the experimental technique and the underlying principles in surface-reaction dynamics and kinetics is included for readers in the technology area. The potential use of the molecular beams for actual semiconductor materials processing is also discussed.