论文题目: 磷原子的表面偏析与表面磷原子对锗量子点自组织生长的影响
论文类型: 博士论文
论文专业: 凝聚态物理
作者: 秦娟
导师: 蒋最敏
关键词: 磷原子表面偏析,分子束外延,锗量子点
文献来源: 复旦大学
发表年度: 2005
论文摘要: 关于Si外延生长过程中杂质的偏析行为的研究无论在工业生产及应用还是在基础研究领域都是一个关键性的基础课题。随着器件尺寸下降到深亚微米量级,精确控制掺杂的剖面分布和减小非故意掺杂变得越来越重要。P一直是Si中重要的n型掺杂元素之一,尤其是最近提出了利用P原子掩埋在Si中形成量子计算单元的构想。对于较低外延生长温度下P在Si中的偏析的研究较少,因而对P在Si中的偏析行为进行深入研究是非常必要的。 论文的第一部分利用同步辐射X射线衍射和小角反射研究了低温范围内P原子在Si外延生长过程中的偏析行为。同步辐射为光源的X射线散射方法具有光源强度大、深度分辨率高的优点。通过在X射线运动学理论范围内对实验结果进行数值模拟可以获得P在Si中的分布并由此得出P在Si中的偏析衰减长度和偏析等效势垒能。实验所用的δ掺P样品是在固源分子束外延系统Riber EVA-32中生长的。我们的结果表明在生长温度450℃时P在Si中的偏析就变得明显了,偏析长度达14nm。在350℃以下P的偏析很弱,偏析长度不大于4nm,因此可以获得陡峭的掺杂界面及实现δ掺杂结构。由表面扩散模型拟合得出P的偏析等效势垒能为0.43 eV。 制备小尺寸、高密度、高均匀性、甚至空间有序排列的Ge量子点仍是这种纳米结构硅基半导体材料能否应用所面临的挑战之一。十多年来人们探索各种生长方法和工艺以求改进Ge量子点的形貌,如低温生长法,利用表面活化剂（如Sb）来改变Ge量子点的形貌和分布等,但仍未获令人满意的结果。已有研究发现在化学气相沉积过程中添加PH3可以明显改变Ge量子点的形貌,但表面P原子对Ge量子点生长的影响尚未见研究。 本论文的第二部分研究了表面磷原子对Si（001）面上Ge量子点自组织生长的影响。利用分子束外延生长首次研究了预沉积不同表面覆盖度的P原子对
论文目录:
中文摘要
Abstract
Chapter 1 General Introduction
§ 1.1 Research background
§ 1.1.1 Impurity segregation in Si MBE
§ 1.1.2 Growth and properties of self-assembled Ge quantum dots
§ 1.1.2.1 Growth of Ge quantum dots on clean Si(001) and Si(111)
§ 1.1.2.2 Surfactant-mediated growth (SMG)
§ 1.1.2.3 Optical properties and applications of Ge quantum dots
§ 1.2 Outline of this thesis
References
Chapter 2 Experimental Techniques and Characterization Methods
§ 2.1 UHV Si MBE system
§ 2.2 Phosphorus doping source
§ 2.3 Chemical cleaning and in situ pre-treatment of Si substrates
§ 2.4 X-ray scattering measurements
§2.4.1 X-ray Crystal truncation rod (CTR) scattering
§ 2.4.2 Small angle x-ray reflectivity (SAXR)
§ 2.4.3 Experimental details
§ 2.5 Other characterization methods
§ 2.5.1 Reflection high-energy electron diffraction (RHEED)
§ 2.5.2 Atomic force microscopy (AFM)
§ 2.5.3 Raman scattering spectroscopy
§ 2.5.4 Photoluminescence (PL) measurements
References
Chapter 3 Investigation of Phosphorus Surface Segregation by X-ray Scattering Measurements
§ 3.1 Introduction
§ 3.2 Calibration of P doping concentrations
§ 3.3 Discussions on several factors influencing X-ray CTR curves
§ 3.4 Experimental
§ 3.5 Results and discussion
§3.3.1 X-ray CTR scattering
§3.3.2 Small angle X-ray reflectivity (SAXR)
§ 3.6 Summary
References
Chapter 4 Phosphorus-Mediated Growth of Ge Quantum Dots on Si(001)
§ 4.1 Introduction
§ 4.2 Experimental
§ 4.3 Results and discussion
§ 4.3.1 Influence of P coverage on Ge dot morphology
§ 4.3.2 Morphology comparison with Sb-/C-mediated Ge dots
§4.3.3 Discussion on growth mechanisms
§ 4.3.4 Ge composition in P-mediated Ge dots
§ 4.3.5 Further revealing on growth mechanism by in-situ annealing
§4.4 Summary
References
Chapter 5 Growth of Ge Quantum Dot Multilayer Structures
§ 5.1 Introduction
§ 5.2 Experimental
§ 5.3 Results and discussion
§ 5.3.1 Morphology of Ge QD multilayer
§ 5.3.2 Ge composition in multilayer QD samples
§ 5.3.3 Photoluminescence (PL) measurements
§5.4 Summary
References
Papers published during the Ph. D. studies
Acknowledgements
发布时间: 2005-09-19
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