表面台阶对超高真空下Si(111)基片表面银原子吸附与重构的影响

利用真空蒸发技术制备出了良好的Si(111)-3×3-Ag和Si(111)-3×1-Ag重构表面。通过低能电子衍射法和光学表面二次谐波法研究了两种类型切割角的单晶硅基片在超高真空银蒸镀过程中表面结构随衬底温度和蒸镀量的变化情况。vicinal样品产生的弱SinPout信号表明表面台阶的存在对Si(111)-3×3-Ag表面的成核生长过程有显著影响。低能电子衍射图片显示,500℃以上的高温下两种基片表面所形成的Si(111)-3×1-Ag重构分别为类单畴和三畴结构。类单畴和三畴结构Si(111)-3×1-Ag的光学表面二次谐波SinSout信号的一致性可能揭示了Si(111)-3×1-Ag结构中孪畴结构的存在。

醇类在Si-H表面形成单分子膜的特性

以界面电容分析法为主并结合XPS、AFM技术研究了醇类分子在Si(111) H表面上形成的有机单分子膜的特性。并探讨了嫁接反应中影响单分子膜特性的某些因素和单分子膜的稳定性及其对硅表面氧化的钝化作用。在所选择的反应条件下 ,不同链长醇分子修饰的硅表面上 ,嫁接分子所占体积分数约为 80 % ,平带电位约为 - 1 0 0V(vs .SSE)。研究表明 。

Si(111)面电子结构、表面能和功函数的第一性原理研究(英文)

本文采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的平面波超软赝势法研究了体相Si和Si(111)面。计算得到的体相Si的晶格常数、体积模量和结合能较好地与其它文献结果吻合。在表面结构中,由于Si-3p态的影响导致键长和电荷密度的改变。键长在第一二层,二三层和三四层之间由2.338(?)变为2.286(?),2.382(?),2.352(?),电荷密度由0.57946×10~3 electrons/nm^3变为0.60419×10~3,0.5143×10~3和0.55925×10~3electrons/nm^3。计算得到的Si(111)的表面能和功函数为Si的应用提供了理论依据。

直流电场作用下Au吸附Si(111)表面Ag薄膜的电迁移和相变

目的研究直流电场作用下不同覆盖度Au吸附Si(111)表面上Ag薄膜的电迁移扩散和相变行为,探索外电场控制制备纳米结构的新途径.方法在超高真空条件下制备了具有不同表面结构的Au吸附Si(111)表面,并在其上沉积几个单原子层厚的Ag薄膜,利用扫描电镜和反射高能电子衍射原位动态分析了Ag在外电场下的电迁移和相变过程.结果在清洁的和Au吸附的Si(111)表面Ag均向负极方向迁移,但迁移速率和扩展能力有显著差异,Au覆盖度及相应的表面吸附结构类型是电迁移的控制因素;在(5×2+α-3^(1/2)×3^(1/2))混合结构表面上迁移扩散达到峰值,而由3^(1/2)×3^(1/2)-(Ag+Au)向(21)^(1/2)×(21)^(1/2)-(Ag+Au)的相转变在Ag薄膜的电迁移过程中起决定作用.结论半导体表面金属薄膜的电迁移具有结构敏感性,覆盖度低于单原子层的Au可作为调控Ag薄膜电迁移动力学的有效手段.

Si_6团簇与Si(111)表面碰撞的分子动力学模拟

利用紧束缚分子动力学方法模拟研究了Si6团簇与Si(111)表面碰撞的微观过程 .结果表明 :Si6团簇在表面再构并吸附的能量阈值为 10eV ,损伤域能为 6 0eV .通过对碰撞结果的讨论得到了改变轰击能量可以控制外延生长的结构的结论 .

Si(111)表面亚稳态重构的STM研究

利用扫描隧道显微镜 (STM) ,研究了Si(111)表面的 2× 2、c2× 4、9× 9和 11× 11等各种亚稳态结构。与已经发表的研究结果相比 :2× 2和c2× 4重构区域规则且面积更大 ,原子分辨的图像清晰稳定 ;在不同亚稳态之间的畴界处 ,发现存在2种不同的环形结构。从原子密度和能量两方面 。

Si(111)-2×1重构表面的自动张量低能电子衍射研究

使用自动张量低能电子衍射研究 Ｓｉ（１１１）．２×１重构表面，对１４个垂直入射非等价衍射束的分析表明，两个不同倾斜的π键链模型的混合能使理论计算与实验Ⅳ曲线的符合程度得到显著的改善．我们认为由于表面原子较大的表面振动，表面存在“劈裂位置”．

利用STM研究Ag粒子在Si(111)7×7重构表面的生长

利用超高真空扫描隧道显微镜 (UHVSTM)研究了室温条件下沉积在Si(111) 7× 7重构表面不同覆盖度的Ag粒子。实验结果表明 ,低覆盖度时的Ag粒子主要有A、B两种类型 ,其中A型Ag粒子呈环状结构 ,最小的A型Ag粒子由 3个Ag原子组成 ;而B型Ag粒子则是由两层Ag原子构成。高覆盖度时Ag粒子的生长过程为层岛混合生长 (Stranski Krastanov)模式。本文还研究了不同蒸发速率对Ag原子成核的影响 ,发现在高蒸发速率条件下Ag原子在Si(111) 7× 7重构表面更容易成核。

锰的硅化物薄膜在Si(111)-7×7表面的固相反应生长

利用超高真空扫描隧道显微镜(STM)对沉积在Si(111)-7×7重构表面上的锰薄膜在300-650℃之间的固相反应进行了研究.锰原子最初在Si(111)衬底上形成锰的纳米团簇的有序阵列,经过300℃退火后,锰纳米团簇的尺寸增大并且纳米团簇阵列由有序变为无序;当退火温度达到400℃左右时,锰纳米团簇与硅衬底发生反应生成富锰的三维岛状物和由MnSi构成的平板状岛;500℃退火后生成物全部转变为MnSi平板状岛;650℃退火后生成物则由MnSi平板状岛全部转变为富硅的不规则的大三维岛,同时被破坏的衬底表面重新结晶形成7×7结构.

锰硅化物在Si(111)-7×7表面的制备及其STM研究

利用超高真空扫描隧道显微镜研究了室温至610℃的条件下锰在Si(111)-7×7表面的反应生长情况,制备出了锰纳米团簇和几种锰硅化物。实验结果表明:温度低于260℃时,生成了占据在衬底7×7结构亚单胞上大小统一的锰纳米团簇;温度高于500℃时,生成的锰硅化物可分为三类:纳米线、平板状的岛和三维不规则的岛。除此以外,390℃至610℃锰硅化物岛的成核密度符合传统成核理论。

Si在Si(111)表面吸附过程的分子动力学模拟

利用Tersoff半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了荷能的硅原子在Si(111)表面的吸附过程.对100K时,初始入射动能分别为5,15,25,30eV的硅原子从6个不同位置轰击Si(111)表面进行了模拟,观察到了硅原子在Si(111)表面形成的吸附结构,并讨论了不同入射位置和入射能量对吸附结构的影响.结果表明,硅原子相对于表面不同的局部构型发生不同的碰撞过程,而硅原子入射能量的提高有利于成键过程的发生,从原子尺度模拟了沉积机制.

超高真空原子尺度Au_(x)/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.

Si(111)表面上Ge量子点的理论研究

采用DFTB+计算方法对在Si(111)表面上三种不同形状的Ge量子点结构(六边形岛状量子点、条形岛状量子点以及光栅形量子点)进行结构优化,并采用CASTEP对结构的能量及光学性质进行计算。对这几类Ge量子点表面纳米结构的光学性质(介电函数、光吸收、复折射率、反射率)进行深入分析,经过比较后会发现这三种结构中光吸收能力最好的结构是条形岛状量子点纳米结构。

Ce诱导Si(111)表面重构和相变机制的研究

利用扫描隧道显微镜,研究了在Si(111)表面沉积Ce原子后在不同温度下退火得到的多种重构。在Ce覆盖度为1/3 ML和样品退火温度500℃下,得到√3×√3-R30°结构。提高样品退火温度至850℃,得到2×3重构。随着样品退火温度升至950℃,样品表面出现2×3、17×6、11×6和5×2等多种重构共存。进一步提高样品退火温度至1150℃,得到单一的5×2相。根据电子计数规则理论,提出了由蜂窝链和Seiwatz链构成的2×3、5×2和(2n+1)×6中间相的结构模型。其中,5×2重构中蜂窝链的Si原子占比最大,Ce原子覆盖度最低,结构最稳定。不同相的转变是由于Seiwatz链和蜂窝链的形成导致了体系能量的降低。本文研究对理解稀土金属诱导Si(111)表面重构的物理机制和转变过程具有重要意义。

Na/Si(111)7×7表面对称特性的研究

简述了光学二次谐波振荡原理 ,并用这种非线性光学方法 ,在表面共振激发条件下 ,通过入射光的 0°和 4 5°入射 ,对吸附了碱性金属Na原子的半导体材料Si(111) 7× 7表面结构的对称性进行了研究 .给出了最新的实验结果 ,并加以讨论 .实验结果表明 ,由于Na原子在Si(111) 7× 7表面上的吸附 ,使得该表面原本有序的 3m对称结构发生了很大的变化 .

Ag 在 Si 表面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算优化了Ag原子在硅惯习面Si(111)和Si(220)晶面的最佳吸附位置,并计算了Ag/Si(111)和Ag/Si(220)体系的表面吸附能和表面态电子结构.研究表明:Si基表面Ag原子的最稳定吸附居于Si(220)晶面的穴位,此时的吸附能最低,其值为5.256 9 eV,属于强化学吸附;同时由于在Ag/Si(220)体系中,Ag-4d轨道和表面态Si-3s、3p轨道电子的强相互作用,以及Ag-4p轨道的电子云强偏向于Si-3s、3p轨道使得体系的能隙宽度变窄,导电性急剧增大.

Si_(60)团簇与Si(111)面碰撞的紧束缚分子动力学模拟

利用普适的紧束缚分子动力学模拟研究在不同入射条件下Si60团簇与Si(111)面的碰撞机理,结果表明Si60分子是"非弹性分子",入射角度对碰撞结果有重要影响,Si60分子易和Si(111)面发生化学反应,其保持结构特性吸附于Si(111)表面的能量域值在50～80eV之间.

缓冲层温度对Si(11上GaN表面形貌影响

用不同温度的Al N缓冲层在Si(111)衬底上外延GaN薄膜。通过对薄膜表面扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)的分析,研究了缓冲层生长温度对外延层表面形貌的影响,分析解释了表面形貌中凹坑的形成及缓冲层生长温度对凹坑的影响。结果表明:缓冲层生长温度通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌。较低温度下的Al N缓冲层,在衬底表面形成的成核颗粒因温度太低,无法运动到相邻的颗粒而结合成大的成核颗粒,因此成核密度高,成核尺寸小;高温生长的Al N缓冲层,成核颗粒有足够的能量运动到相邻的成核颗粒,因此使成核颗粒的尺寸增大,成核密度低。这种初始成核密度和尺寸的不同,造成外延层形貌的差异,如表面形貌中凹坑的密度和大小就是受初始成核的直接影响。通过实验和分析,提出了外延生长的物理模型。

室温超高真空环境原子尺度Au/Si(111)-(7×7)不定域吸附的局域接触势能差测量技术

利用自制超高真空非接触调频开尔文探针力显微镜系统地研究了Au/Si(111)-(7×7)的结构和局域接触势能差.虽然扫描隧道显微镜已被广泛应用于原子尺度金属吸附半导体表面的研究,但仅局限在观测金属和半导体表面.开尔文探针力显微镜允许在原子尺度利用局域接触势能差直接测量各类平整表面不同位置的电荷,而成为更方便、更精确的电荷表征手段.本文通过在室温下利用开尔文探针力显微镜对Au吸附Si(111)-(7×7)表面的形貌及局域接触势能差原子尺度测量,同时建立相应的吸附模型和第一性原理计算,得到了Au/Si(111)-(7×7)最佳吸附位置的差分电荷密度分布图,并给出了Au在Si(111)-(7×7)表面的最佳吸附位置不定域移动的局域接触势能差关系,分析了Au原子在吸附过程中与Si表面之间电荷转移的机理.实验结果表明,Au/Si(111)-(7×7)吸附表面的局域接触势能差测量可以进行有效的Au与Si原子识别.本研究对推动表面电荷精密测量的发展具有重要意义.

一种新型Si电子束蒸发器的研制及其应用研究

我们成功地设计出一种新型的Si电子束蒸发器 ,并将它应用于Ge/Si(111)量子点的生长。由于采用悬臂式设计 ,它完全克服了高压短路的问题。电子束蒸发器的性能试验表明 ,稳定输出功率可以控制输出稳定的Si束流。应用这种电子束蒸发器可以在 70 0℃ ,成功沉积出平整的单晶Si薄膜。进一步的试验表明 ,在这种缓冲层表面可以自组装生长出Ge量子点。