硅基锗薄膜的红外吸收谱和电学特性

为了解退火对硅基锗薄膜的质量、红外吸收、透射率和电学性质的影响,采用分子束外延方法用两步法在硅基上生长锗薄膜。将生长后的样品分成两部分,其中一部分进行了退火处理。对退火前后的样品用高分辨X射线双晶衍射仪测量了(400)晶面的X射线双晶衍射摇摆曲线,用傅里叶红外光谱仪测量了红外透射率和吸收谱,并用霍尔效应仪测量了退火前后样品的载流子浓度、迁移率、电阻率、电导率和霍尔系数。结果表明,退火后的薄膜质量明显提高。退火后大部分区域吸收增大,透射率明显减小,615~3 730 cm-1区间的透射率均比退火前降低了20%以上。退火后的体载流子浓度增大到退火前的23.26倍,迁移率增大到退火前的27.82倍。     

第一性原理研究[112]硅锗异质结纳米线的电子结构与光学性质

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似,本文利用第一性原理方法着重研究了[112]晶向硅锗异质结纳米线的电子结构与光学性质.能带结构计算表明:随着锗原子数的增加,[112]晶向硅锗纳米线的带隙逐渐减小;对Si_(36)Ge_(24)H_(32)纳米线施加单轴应变,其能量带隙随拉应变的增加而单调减小.光学性质计算则表明:随着锗原子数的增加,[112]硅锗纳米线介电函数的峰位和吸收谱的吸收边均向低能量区移动;而随着拉应变的增大,吸收系数峰值呈现出逐渐减小的趋势,且峰位不断向低能量区移动,上述结果说明锗原子数的增加与施加拉应变均导致[112]硅锗纳米线的吸收谱产生红移.本文的研究为硅锗异质结纳米线光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

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.     

常压下金催化硅纳米线生长实验研究

采用固一液一固（SLS）生长机制,研究常压下金催化硅纳米线的制备方法。实验中将硅基Au薄膜在氩氢气中退火,退火温度为1050℃和1080℃,退火完成后在扫描电镜下观察硅片表面的形貌变化,分析不同退火温度、通气量和金膜厚度下的实验结果,并在此基础上进一步讨论了各变量对硅纳米线的生长影响及其机理。     

等离子体增强化学气相沉积法实现硅纳米线掺硼

用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法成功实现硅纳米线的掺B.选用Si片作衬底，硅烷 （SiH4）作硅源，硼烷（B2H6）作掺杂气体， Au作催化剂，生长温度440℃.基于气-液-固(VLS)机制，探讨了掺B硅纳米线可能的生长机制.PECVD法化学成分配比更灵活，更容易实现纳米线掺杂，进一步有望生长硅纳米线pn结，为研制纳米量级器件提供技术基础. 关键词： 硅纳米线 化学气相沉积 纳米器件     

含纳米硅和纳米锗的氧化硅薄膜 光致发光的比较研究

分别以硅-二氧化硅和锗-二氧化硅复合靶作为溅射靶,采用磁控溅射技术在p型硅衬底上淀积了含纳米硅的氧化硅薄膜和含纳米锗的氧化硅薄膜.各样品分别在氮气氛中经过300至1100℃不同温度的退火处理.使用高分辨透射电子显微镜可以观察到经900和1100℃退火的含纳米硅的氧化硅薄膜中的纳米硅粒,和经900和1100℃退火的含纳米锗的氧化硅薄膜中的纳米锗粒.经过不同温度退火处理的含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光致发光谱均具有相似的峰型,且它们的发光峰位均位于580nm(2.1eV)附近.可以认为含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光发射主要来自于SiO     

含纳米硅和纳米锗的氧化硅薄膜光致发光的比较研究

分别以硅-二氧化硅和锗-二氧化硅复合靶作为溅射靶,采用磁控溅射技术在p型硅衬底上淀积了含纳米硅的氧化硅薄膜和含纳米锗的氧化硅薄膜.各样品分别在氮气氛中经过300至1100℃不同温度的退火处理.使用高分辨透射电子显微镜可以观察到经900和1100℃退火的含纳米硅的氧化硅薄膜中的纳米硅粒,和经900和1100℃退火的含纳米锗的氧化硅薄膜中的纳米锗粒.经过不同温度退火处理的含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光致发光谱均具有相似的峰型,且它们的发光峰位均位于580nm(2.1eV)附近.可以认为含纳米硅的氧化硅和含纳米锗的氧化硅薄膜的光发射主要来自于SiO₂层中发光中心上的复合发光,对实验结果进行了合理的解释     

锗硅/硅异质结材料的化学气相淀积生长动力学模型

基于化学气相淀积(CVD)的Grove理论和Fick第一定律,提出并建立了锗硅(SiGe)/硅(Si)异质结材料减压化学气相淀积(RPCVD)生长动力学模型.与以前锗硅/硅异质结材料生长动力学模型仅考虑表面反应控制不同,本模型同时考虑了表面反应和气相传输两种控制机理,并给出了两种控制机理极限情况下的模型.本模型不仅适用于低温锗硅/硅应变异质结材料生长的表征,也适用于表征高温锗硅/硅弛豫异质结材料生长的表征.将模型计算值与实验结果进行了对比,无论是625℃低温下的应变SiGe的生长,还是900℃高温下的弛豫 关键词： SiGe/Si异质结材料 化学气相淀积生长动力学模型 Grove理论 Fick第一定律     

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。     

锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜光致发光的比较研究

采用磁控溅射技术,以锗为溅射靶,在多孔硅上沉积锗薄膜,沉积时间分别为4,8和12 min,及以锗-二氧化硅复合靶为溅射靶,在n型硅衬底上沉积了含纳米锗颗粒的氧化硅薄膜,锗与总靶的面积比分别为5%,15%,30%.各样品在氮气氛中分别经过300,600及900℃退火30 min.对锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜进行了光致发光谱的对比研究,用红外吸收谱分析了锗/多孔硅的薄膜结构.实验结果显示,锗/多孔硅薄膜的发光峰位于517 nm附近,沉积时间对发光峰的强度有显著影响,锗层越厚峰强越弱.锗/氧化硅薄膜的发光峰位于580 nm附近,锗与总靶的面积比对发光峰的强度影响较大,锗/氧化硅薄膜中的锗含量越高峰强越弱.不同的退火温度对样品的发光峰强及峰位均没有明显影响.可以认为锗/多孔硅的发光峰是由多孔硅与孔间隙中的锗纳米晶粒两者界面的锗相关缺陷引起的,而锗/氧化硅的发光峰来自于二氧化硅的发光中心.     

Growth of Ge islands on prepatterned Si (0 0 1) substrates

We report on the growth and properties of Ge islands grown on (0 0 1) Si substrates with lithographically defined two-dimensionally periodic pits. After thermal desorption and a subsequent Si buffer layer growth these pits have an inverted truncated pyramid shape. We observe that on such prepatterned substrates lens-like Ge-rich islands grow at the pit bottoms with less Ge deposition than necessary for island formation on flat substrates. This is attributed to the aggregation of Ge at the bottom of the pits, due to Ge migration from the pit sidewalls. At the later stages of growth, dome-like islands with dominant {1,1,3} or {15,3,23}, or other high-index facets [i.e. {15,3,20} facets] are formed on the patterned substrates as shown by surface orientation maps using atomic force microscopy. Furthermore, larger coherent islands can be grown on patterned substrates as compared to Ge deposition on flat ones.     

STM and LEED observations of erbium silicide nanostructures grown on Si(1 0 0) surface: atomic-scale understandings

In this work, erbium silicide is grown on the Si(1 0 0) surface by depositing Er onto the substrate and annealing at 600–700 °C. Many nanowires of Er silicide are formed with lengths in the range 10–100 nm. The formation and evolution of this nanostructure are investigated at atomic scale directly with scanning tunneling microscopy and low-energy electron diffraction. The direction of these nanowires is found perpendicular to that of Si dimer rows. It is shown that Er coverage and annealing temperature have an effect on the formation of nanowires. On the surface between nanowires, new (5×2) and c(5×4) reconstructions are observed, giving an implication to understand the growth behaviors of Er silicide on Si(1 0 0) surface.     

Si(001)基片上反应射频磁控溅射ZnO薄膜的两步生长方法

利用反应射频磁控溅射技术，采用两步生长方法制备了ZnO薄膜，探讨了基片刻蚀时间和低温过渡层沉积时间对ZnO薄膜生长行为的影响.研究结果表明，低温ZnO过渡层的沉积时间所导致的薄膜表面形貌的变化与过渡层在Si(001)表面的覆盖度有关.当低温过渡层尚未完全覆盖基片表面时，ZnO薄膜的表面岛尺度较小、表面粗糙度较大，薄膜应力较大；当低温过渡层完全覆盖Si(001)基片后，ZnO薄膜的表面岛尺度较大、表面粗糙度较小，薄膜应力较小.基片刻蚀时间对薄膜表面形貌的影响与低温过渡层的成核密度有关.随着刻蚀时间的增加，ZnO薄膜的表面粗糙度逐渐下降，表面形貌自仿射结构的关联长度逐渐减小. 关键词： ZnO薄膜 反应射频磁控溅射 两步生长 形貌分析     

Straight single-crystalline germanium nanowires and their patterns grown on sol-gel prepared gold/silica substrates

Straight single-crystalline Ge nanowires with a uniform diameter distribution of 50-80 nm and lengths up to tens of micrometers were grown in a high yield on sol-gel prepared gold/silica substrates by using Ge powder as the Ge source. Detailed electron microscopy analyses show that the nanowires grow through a vapor-liquid-solid growth mechanism with gold nanoparticles located at the nanowire tips. By using transmission electron microscope grids as the shadow mask, the sol-gel technique can be readily adapted to prepare patterned film-like gold/silica substrates, so that regular micropatterns of Ge nanowires were obtained, which could facilitate the integration of Ge nanowires for characterization and devices.     

Surface dangling-bond States and band lineups in hydrogen-terminated Si, Ge, and Ge/si nanowires

We report an ab initio study of the electronic properties of surface dangling-bond (SDB) states in hydrogen-terminated Si and Ge nanowires with diameters between 1 and 2 nm, Ge/Si nanowire heterostructures, and Si and Ge (111) surfaces. We find that the charge transition levels epsilon(+/-) of SDB states behave as a common energy reference among Si and Ge wires and Si/Ge heterostructures, at 4.3+/-0.1 eV below the vacuum level. Calculations of epsilon(+/-) for isolated atoms indicate that this nearly constant value is a periodic-table atomic property.     

Fabrication of coaxial nanowire heterostructures: SiO x nanowires with conformal TiO2 coatings

Silica nanowires, grown via the active oxidation of a silicon substrate, have been coated with TiO₂ using two coating methods: solution-based deposition of Ti-alkoxides and atomic layer deposition. Analysis of as-deposited and annealed films shows that it is possible to produce stable conformal coatings of either the anatase or rutile phases of TiO₂ on nanowires with diameters greater than 100 nm when annealed between 500–600°C and 800–900°C, respectively, with annealing at higher temperatures (1050°C) producing coatings with a highly facetted rutile morphology. The efficacy of the process is shown to depend on nanowire diameter, with nanowires having diameters less than about 100 nm fusing together during solution-based coating and decomposing during TiO₂ atomic layer deposition. The use of a suitable buffer layer is shown to be an effective means of minimizing nanowire decomposition. Finally, annealing coated nanowires under active oxidation conditions (1100°C) is shown to be an effective technique for depositing additional conformal SiO _x coatings, thereby providing a means of fabricating multi-layered coaxial nanostructures.     

在Si衬底上用分子束外延低温生长Ge薄膜

本文报道了室温下淀积的薄层Ge在Si衬底表面上通过加热形成结晶的Ge岛,然后在此“带结构”的衬底表面上用分子束外延(MBE)方法生长Ge薄膜的反射式高能电子衍射(RHEED),俄歇电子能谱(AES)研究结果。X射线双晶衍射的测试结果表明,衬底表面的Ge岛有助于释放外延层的失配应力,提高外延层的晶体质量。 关键词：     

Nanowires and nanorings at the atomic level

The step-flow growth mode is used to fabricate Si and Ge nanowires with a width of 3.5 nm and a thickness of one atomic layer (0.3 nm) by self-assembly. Alternating deposition of Ge and Si results in the formation of a nanowire superlattice covering the whole surface. One atomic layer of Bi terminating the surface is used to distinguish between the elements Si and Ge. A difference in apparent height is measured in scanning tunneling microscopy images for Si and Ge. Also, different kinds of two-dimensional Si/Ge nanostructures like alternating Si and Ge nanorings having a width of 5-10 nm were grown.     

硅基锗薄膜选区外延生长研究

利用超高真空化学气相沉积系统, 基于低温Ge缓冲层和选区外延技术, 在Si/SiO₂图形衬底上选择性外延生长Ge薄膜. 采用X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜、拉曼散射光谱等表征了其晶体质量和应变等参数随图形尺寸的变化规律. 测试结果显示, 位错密度随着图形衬底外延窗口的尺寸减小而减少, Ge层中的张应变随窗口尺寸的增大先增大而后趋于稳定. 其原因是选区外延Ge在图形边界形成了(113)面, 减小了材料系统的应变能, 而单位体积应变能随窗口尺寸的增加而减少; 选区外延厚度为380 nm的Ge薄膜X射线衍射曲线半高宽为678", 表面粗糙度为0.2 nm, 表明选区生长的Ge材料具有良好的晶体质量, 有望应用于Si基光电集成.     

高速率沉积磁控溅射技术制备Ge点的退火生长研究

采用磁控溅射技术在Si衬底上以350?C沉积14 nm的非晶Ge薄膜,通过退火改变系统生长热能,实现了低维Ge/Si点的生长.利用原子力显微镜(AFM)和拉曼(Raman)光谱所获得的形貌和声子振动信息,对Ge点的形成机理和演变规律进行了研究.实验结果表明:在675?C退火30 min后,非晶Ge薄膜转变为密度高达8.5×109cm-2的Ge点.通过Ostwald熟化理论、表面扩散模型和对激活能的计算,很好地解释了退火过程中,Ge原子在Si表面迁移、最终形成纳米点的行为.研究结果表明用高速沉积磁控溅射配合热退火制备Ge/Si纳米点的方法,可为自组织量子点生长实验提供一定的理论支撑.