Si高指数表面上的纳米台阶

实验表明：Ｓｉ（１１２）晶面不稳定，导致形成（１１１）－７×７和（３３７）小平面构成的台阶结构，其线度为纳米量级：Ｓｉ（５，５，１２）是比Ｓｉ（３３７）更为稳定的晶面，它的２×１再构的表面原子的周期起太也为纳米量级。Ｓｉ（１１２）和Ｓｉ（５，５，１２）都有望用来作为制备量子线结构材料的衬底。

Si(113)表面的原子结构

利用LEED研究了Si(113)表面的原子结构.清洁表面是采用离子轰击和退火方法制备的.实验发现:当温度高于600℃时表面为1×1结构,随着温度缓慢下降,表面原子结构发生1×1(?)3×1(?)3×2的可逆相变.

Si_（0．5）Ge_（0．5）合金的热氧化物的研究

利用卢瑟福背散射（ＲＢＳ）、Ｘ光电子谱（ＸＰＳ）和俄歇电子能谱（ＡＥＳ）分析，研究了Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５合金在１０００℃下湿氧化所生成的氧化物的特征．结果表明：这种氧化物为双层结构．靠近表面的一层为（Ｓｉ，Ｆｅ）Ｏｘ混合层，在其下面是纯的ＳｉＯｘ层，Ｇｅ被排斥并堆积在ＳｉＯｘ／Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５界面附近．在本实验条件下，（Ｓｉ，Ｇｅ）Ｏｘ层的厚度约为２５００Ａ，它的形成时间不足５分种．当氧化的时间延长时，ＳｉＯｘ的厚度随之增加，但（Ｓｉ，Ｇｅ）Ｏｘ的厚度几乎不变．还发现：在这些氧化物中，Ｓｉ２ｐ和Ｇｅ３ｄ芯能级的化学位移比在单晶Ｓｉ和Ｇｅ上生长的ＳｉＯｘ和ＧｅＯ２中相应的值明显增大。

Si(5,5,12)——一个大元胞的稳定表面

利用常规的ＬＥＥＤ和高分辨率的ＳＰＡ－ＬＥＥＤ技术研究了标称（３３７）的Ｓｉ表面原子结构．经过反复的离子轰击（７００ｅＶＡｒ＋）和１３００Ｋ退火之后的这种表面形成稳定的（５，５，１２）晶面，即结构周期为（３３７）＋（２２５）＋（３３７）的有序的原子排列．这一事实说明：Ｓｉ（５，５，１２）是比Ｓｉ（３３７）更为稳定的晶面．ＬＥＥＤ和ＳＰＡ－ＬＥＥＤ图像证实，稳定的Ｓｉ（５，５，１２）表面为（２×１）原子再构，即沿［１１０］方向的周期是体内结构周期的两倍，而沿［６６５］方向的周期与体内结构周期相同．Ｓｉ（５，５，１２）－２×１表面的元胞面积为０．７６８×５．３４８ｎｍ２，这是至今所观察到的最大表面元胞之一．结合其它的实验结果，提出了一个Ｓｉ（５，５。

硅表面原子芯态能级的化学位移

本文以共价晶体硅的(100)面为例,直接采用原子波函数,在键轨道模型近似下计算了清洁和存在氧吸附的表面Si原子的2p能级结合能的位移,得到了与实验数据相吻合的结果,从而证明了利用这种方法研究芯能级结合能的位移是行之有效的.

Si（337）──另一个较稳定的高密勒指数晶面

我们的ＬＥＥＤ实验结果发现：偏离（１１２）约４°的Ｓｔ（３３７）表面，在超高真空中经Ｘｅ离子轰击并加～８００℃退火后，呈现较清晰的（１×１）结构．在同样条件下，Ｓｉ（１１２）表面没有产生好的ＬＥＥＤ图样，从而预料：Ｓｉ（３３７）可能是异质外延ＧａＡｓ和ＧａＰ等极性化台物半导体的好衬底．

利用CBE技术在Si衬底上生长GaAs薄膜

采用化学束外延（ＣＢＥ）技术，以三乙基镓（ＴＥＧ）和砷烷（ＡｓＨ３）为源，在Ｓｉ（００１）衬底上生长ＧａＡｓ薄膜．利用Ｈａｌｌ效应、卢瑟福背散射（ＲＢＳ）和高分辨率透射电子显微镜（ＨＲＴＥＭ）检测了外延层的质量．结果表明，ＧａＡｓ薄膜具有ｎ型导电性，载流子浓度为１．３×１０１５ｃｍ－３，其杂质估计是Ｓｉ，它来自衬底的自扩散．外延层的质量随着膜厚的增加而得到明显的改善．在ＧａＡｓ／Ｓｉ界面及其附近，存在高密度的结构缺陷，包括失配位错、堆垛层错和孪晶．这些缺陷完全缓解了ＧａＡｓ外延层和Ｓｉ衬底之间因晶格失配引起的应力，使ＧａＡｓ薄膜的上部分具有好的质量．

分子束外延生长GaAs中δ掺杂研究

利用二次离子质谱（SIMS）和电化学剖面C－V方法研究了生长温度对GaAs中理想Siδ掺杂结构的偏离和掺杂原子电激活效率的影响。实验发现，外延生长Siδ掺杂GaAs时，随着生长温度的升高，Si掺杂分布SIMS峰非对称展宽，表面分凝作用加强，但不影响Si原子的扩散。另外，Si施主电激活效率随着生长温度的提高而增大。

水分子在Si（100）面上吸附位的确定

本文用Ｓｉ６６Ｈ５０原子集团模拟Ｓｉ（１００）表面，采用ＣＮＤＯ分子轨道理论方法计算了Ｈ２Ｏ在其上吸附的势能面．确定出Ｈ２Ｏ在Ｓｉ（１００）表面的最佳吸附位为洞位．在桥位Ⅰ、桥位Ⅱ和顶位上吸附时势能依次升高．

闭管热生长GaAs自体氧化膜的研究

为了发展GaAs材料的电子器件和集成电路,必须解决怎样在GaAs表面上生长高质量的自体氧化膜的问题。目前,很多人都在这方面进行研究。

Si(113)表面电子结构的研究

采用Si_(16)H_(21)和Si_(31)H_(39)原子集团分别模拟Si(113)和Si(111)表面;通过半经验自洽CNDO法计算了两个体系的电子结构.结果表明,Si(113)具有与Si(111)不同的表面态特征.Si(113)表面台阶和台面原子上电荷重新分布,与悬键相关的表面电子态都强烈地定域在表面Si原子上,尤其局域在悬键方向上,并且具有比(111)面上更高的悬健态密度.理论计算结果能解释以前的光电子谱实验.

H原子吸附对Si（113）表面的影响

本文采用半经验分子轨道理论方法ＡＭＩ研究用Ｓｉ１６Ｈ２１模拟的Ｓｉ（１１３）高指数表面及其吸附Ｈ原子的体系，得到生成热和表面原子上受力随吸附的变化．从生成热分析得知，Ｓｉ（１１３）表面上形成Ｓｉ─Ｈ２吸附比Ｓｉ─Ｈ容易，且为放热吸附；受力分析指出了表面原子再构发生的趋向，而吸附则引起趋向改变．

Si(112)高密勒指数面的理论研究

本文用Si_(39)H_(32)、Si_(35)H_(30)、Si_(91)H_(64)和Si_(58)H_(46)原子集团模型模拟Si(112)高密勒指数面,探讨了模拟Si(112)表面模型的选取,计算了诸原子集团中的电荷分布。发现,Si(112)表面元胞所处的环境对表面元胞中电荷分布性质有根本影响,大规模原子集团模型Si_(91)H_(64)较好地模拟了Si(112)表面的性质。不同的模型下都得到一个共同的电子结构特性,即表面原子在悬键方向存在电荷的趋向集居,且这种性质对台面原子尤为明显。这个结果说明,表面电荷的趋向集居是由表面原子的结构特点决定的。

(113)B-GaAs/Al_(0.3)Ga_(0.7)As单量子阱结构的光致发光谱研究

光致发光（PL）实验表明；与（001）衬底比较，（113）B－GaAs／Al0.3Ga0.7As单量子阱结构（SQW’s）具有增强的光跃迁几率，它被归因于（113）B－GaAs阱中较大的重空穴有效质量mhh结果给出：这个数值比以前所报道的都高．

Au—Si界面的室温反应

利用XPS研究了在超高真空条件下形成的Au—Si(113)界面初始阶段的室温反应,测量了Si2p、2S和Au4f光电子发射峰的强度和能量位置随Au复盖量的变化。所有结果表明,与Au—Si(111)和Au～Si(100)系统一样,存在一个发生界面室温反应的临界Au厚度～5ML。从而推断,这个现象可能是Au—Si界面形成过程的普遍特征。根据实验结果,讨论了Au—Si界面室反应的可能模型。

Au—Si界面的室温反应

本文利用XPS研究了在超高真空条件下形成的Au—Si(113)界面初始阶段的室温反应,测量了Si2p、2S和Au4f光电子发射峰的强度和能量位置随Au复盖量的变化。所有的结果都表明,与Au—Si(111)和Au—Si(100)系统一样,存在一个发生界面室温反应的临界Au厚度～5ML,从而推断,这个现象可能是Au—Si界面形成过程的普遍特性。根据我们的实验结果,还讨论了Au—Si界面形成的可能模型。

Si(113)表面原子结构的低能电子衍射研究

利用低能电子衍射(LEED)研究了离子轰击加退火处理的和淀积外延的两种Si(113)表面的原子结构。发现对于经750—800℃退火后的两种Si(113)表面,当其温度高于600℃时存在1×1非再构表面相。随着样品温度缓慢地冷却至室温,Si(113)-1×1表面经过3×1(约600—400℃)最后转变为3×2再构。当退火温度为600℃时,则只出现3×1再构,室温下的3×2和3×1表面都是很稳定的。讨论了表面杂质对Si(113)表面原子结构的影响。在衬底温度为580℃的Si(113)表面上进行淀积生长,当外延层厚度约为20个原子单层时,未经退火处理的表面仍显示为清晰的3×1结构。从而证明,利用Si(113)作为衬底进行外延,可获得很完整的表面。

Al_xGa_（1－x）As外延层中Si平面掺杂的SIMS研究

利用二次离子质谱（ＳＩＭＳ）系统地研究了生长温度，Ａｌ组份ｘ值和Ａｓ＿４压强对Ｓｉδ掺杂Ａｌ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）Ａｓ的ＳＩＭＳ深度剖面，Ｓｉ原子表面分凝和向衬底扩散的影响。实验发现，在外延生长Ｓｉδ掺杂Ａｌ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）Ａｓ时，随着生长温度的提高或Ａｌ组份Ｘ值增加，Ｓｉ掺杂分布ＳＩＭＳ峰都非对称展宽，表面分凝作用加强，但不影响Ｓｉ原子的扩散，因此ＳＩＭＳ剖面的展宽与扩散无关。另外，我们还发现Ａｓ＿４压强高于１．５×１０￣（－５）ｍｂａｒ时，Ａｓ＿４压强对δ掺杂空间分布影响不大，而Ａｓ＿４压强低于此压强时，Ｓｉ掺杂分布峰宽度增加很快，这主要由杂质扩散作用引起。生长温度对掺杂分布峰影响最大，其次是Ａｌ组份影响，而较小Ａｓ＿４压强的影响不可忽视。这些研究结果对外延生长Ｓｉδ掺杂Ａｌ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）Ａｓ材料是有价值的。

迁移增强外延GaAs／Al／GaAs材料生长及其俄歇分析

在配有液Ｎ２冷却Ａｓ快门的分子束外延设备中利用迁移增强外延（ＭＥＥ）方法于低温下生长了ＧａＡｓ／Ａｌ／ＧａＡｓ结构材料。俄歇测量结果表明，用ＭＥＥ方法生长的材料中Ａｌ和ＧａＡｓ之间的互扩散大大减小，在５００℃热处理后也没有引起多大的互扩散。我们还发现在高指数ＧａＡ５（１１３）Ｂ面上用ＭＥＥ方法生长ＧａＡｓ薄膜效果更好。

采用直接外延方法生长的量子线结构及其光学性质

本文介绍利用分子束外延方法在ＧａＡｓ的某些特殊表面上原位直接生长ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ量子线结构的几种方法，包括采用（３１１）等高指数面、（００１）邻晶面以及（１１０）解理面二次生长，着重讨论量子线结构的形成机理及其光学特性。这些方法能避开目前纳米尺度刻蚀技术的困难，可能成为制备低维结构的有希望的途径。