应用同步辐射光源的表面物理研究—现状与展望

本文综述了应用同步辐射光源的几种主要表面物理研究技术。内容包括:同步辐射光电子能谱(SRPES)、表面广延X射线吸收边精细结构(SEXAFS)、光电子衍射(PED)和掠角入射X射线衍射(GIXD)等。对每种技术的原理、应用实例和最新进展都作了较详细的介绍。

同步辐射光电子能谱对ITO表面的研究

首次利用同步辐射光电子能谱（ＳＲＰＥＳ）研究了铟锡氧化物（ＩＴＯ）薄膜表面的化学状态．发现ＩＴＯ表面的铟和锡分别具有多种价态．对比真空退火前后ＩＴＯ样品的电阻率与透射率，结合对ＩＴＯ导电机理的分析讨论。

Co在Si(100)表面化学吸附的电子结构和性质

用紧束缚下的Muffin tin轨道线性组合方法研究了单层Co原子在理想的Si(10 0 )表面的化学吸附 .计算了Co原子在不同位置时吸附体系的能量 .结果表明 ,Co原子在C位 (四度位 )时吸附最稳定 ,在Co/Si(10 0 )界面存在Co、Si混合层 .同时对电子转移情况和层投影态密度进行了研究 .

ECR等离子体对单晶硅的低温大面积表面处理

利用电子回旋共振 ( ECR)微波放电等离子体对单晶硅表面进行了低温大面积氮化和氧化处理的探索 ,在低于 80℃的温度下得到了均匀的厚度约为 7nm氮化硅和二氧化硅薄层 .结合等离子体光学诊断和成分探测 ,分析讨论了 ECR等离子处理机理 .结果表明 ,利用这种方法可以在低温条件下在硅表面获得均匀的大面积氮化硅和二氧化硅表层 .

聚对二甲苯薄膜的制备及其在有机电致发光二极管中的应用研究

使用自制的分子束源制备了聚对二甲苯(Parylene-N,PPXN)薄膜。通过对该分子束源的设计和不断优化,PPXN薄膜可以在室温、10-3 Pa的较低反应压强下以0.01nm/s^0.02nm/s的速率沉积聚合。用红外透射光谱和原子力显微镜测量了PPXN薄膜的成分和表面形貌。结果表明,所制备的薄膜成分为PPXN,薄膜呈波浪状、无尖刺的表面形貌。准确控制的PPXN薄膜在有机电致发光二极管中用作缓冲层,对载流子的注入和传输进行调控,有效地改善了器件内部的载流子平衡。最优化结构的器件较未插入PPXN缓冲层的器件,电流效率提高80%以上。

S_2Cl_2钝化的GaAs表面的同步辐射光电子能谱研究

前已发现，将ＧａＡｓ（１００）晶片浸入Ｓ２Ｃｌ２或Ｓ２Ｃｌ２＋ＣＣｌ４溶液是实现ＧａＡｓ表面钝化的一种有效途径．用同步辐射光电子能谱研究这种表面能直接测量Ｓ２ｐ芯能级谱，从而揭示，在浸泡后的表面存在多种形态的含硫化合物．ＡｓｘＳｙ是其中的主要成分，但轻度退火就能去除．随着退火过程中Ｓ原子从Ａｓ－Ｓ转移到Ｇａ－Ｓ，Ｇａ３ｄ谱中始终出现两个与Ｇａ－Ｓ相关的分量。

用STM研究HF,O_2和H_2O混合气体对Si(100)表面的作用

用STM观测了Si（100）表面被氧气流携带的HF和H2O处理后的表面原子结构．实验在大气环境和室温条件下进行，所得STM拓扑图具有清晰的原子级的分辨率．结果表明处理后的表面结构随时间发生变化．刚处理后的表面不显示有序的结构特征，但在大气中存放15分钟后，硅片表面开始逐渐呈现出清晰的Si（100）2×1结构，随后再逐渐转变为1×1结构．这可能是混合气体与Si表面作用，能更有效地清除表面残余的沾污物和氧化层，暴露清洁的硅2×1再构表面，进一步由于吸附H，使表面悬挂键被氢原子占据，转变为1×1结构．有序结构可维持3小时，因此用所述混合气体处理硅片是更有效清洁和钝化硅表面的一种方法．

GaAs表面S钝化方法：S气氛辉光放电法

本文报道了一种新的ＧａＡｓ表面Ｓ钝化方法──Ｓ气氛辉光放电法．用光致发光光谱（ＰＬ）结合俄歇电子能谱（ＡＥＳ）和Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）研究了辉光放电Ｓ钝化的ＧａＡｓ（１００）表面．结果表明，与未处理的样品相比，用该方法处理后的表面复合速率大大降低，ＰＬ强度提高了将近两个数量级，而且稳定．ＡＥＳ谱和ＸＰＳ谱测量结果表明用Ｓ气氛辉光放电的方法在ＧａＡｓ（１００）表面上形成了较厚的ＧａＳ薄膜．

同步辐射X射线反射技术及其在测量δ掺杂晶体中原子表层深度分布的应用

X射线低角反射实验技术是测定固体材料表层中杂质原子深度分布的有效手段.利用同步辐射X射线反射技术和近年来发展的由反射实验数据逆向求解原子深度分布的分层逼近法,研究了不同温度下分子束外延生长的δ掺杂(Sb)Si晶体样品,成功地测量了样品中几个纳米范围内的Sb原子深度分布.所得结果表明,300℃以下是用分子束外延方法在Si晶体中生长Sb原子δ掺杂结构的合适温度.

ECR等离子体对硅表面的低温大面积氮化

利用电子回旋共振微波放电氮等离子体对单晶硅表面进行了低温大面积氮化的探索 ,通过样品表征和等离子体成分探测 ,分析讨论了氮化机理。结果表明 ,这种方法可以用于硅表面的低温氮化处理 ,获得大面积的均匀氮化硅表层。

离子溅射在GaP极性表面引起的损伤及其消除

离子束处理在器件工艺和材料表征技术中有着广泛的应用．本文采用低能电子衍射、Ｘ光电子能谱和角分辨紫外光电子能谱对ＧａＰ极性表面经Ａｒ离子溅射后的损伤情况进行了研究．主要探讨表面损伤及其消除、表面能带弯曲等问题．

Si(001)上MBE异质生长Ge中表面活化剂Sb的作用的研究

本文利用RHEED、X射线双晶衍射及TEM等技术，研究了在Si（001）衬底上，用晶化了的无定形Ge层做缓冲层MBE生长Ge时，引入表面活化剂Sb所产生的影响．研究表明，Sb的引入将会使Si（001）衬底上无定形Ge膜的晶化温度显著提高，并在一定的生长条件下，破坏Ge外延层的结晶性．

受禁锢的表面态电子波的驻波

在金属表面上把电子约束在纳米尺度的环形量子围栏中，导致电子波在围栏内形成同心圆状的驻波．本文用无限高圆形对称散射势的近似方法模拟和分析了这种情况下受禁锢的表面态电子波的驻波，并介绍了实验上观察电子驻波图象的方法．

(Si,Er)双注入热氧化SiO_2/Si薄膜的表面结构及1.54μm光发射

利用金属蒸气真空弧 (MEVVA)离子源将 Si和 Er离子双注入到不同厚度热氧化 Si O2 / Si薄膜中获得 Er掺杂硅基发光薄膜 .掺杂到热氧化 Si O2 / Si薄膜表面的 Er原子浓度可达到～ 10 % ,即体浓度～ 10 2 1 cm- 3 .热氧化 Si O2膜越厚 ,溅射后 Si O2 保留量越多 ;再结晶硅颗粒结晶程度提高 ,逐渐纳米化 ;未见有大量的 Er偏析或铒硅化物形成 ,Er大部分以固溶形式存在 .在 77K下获得了较强 1.5 4μm光致发光信号 。

平均键能模型的物理基础及该模型的应用

平均键能模型是一种建立在数值基础上的用来确定半导体异质界面能带偏移的模型方法。本文首先对这一模型方法的物理基础进行了理论分析,并给予其完整的物理解释。通过与TB“pinned”模型、介电隙能级(DME)模型以及电中性点(CNP)模型的比较,揭示了各模型之间的相互关系,并分析了平均键能模型的优点及其局限性。在此基础上,本文应用这一模型方法对二十七种异质界面的价带偏移值进行了全面的计算,并对结果进行了广泛的分析和比较。结果表明:(1)阳离子浅d轨道是影响价带偏移理论值的一个重要因素;(2)界面偶极子势是决定异质界面价带偏移值的一个关键要素;(3)在与实验的比较上,平均键能模型的准确性优于几种其它的模型方法;(4)平均键能模型不适用于不具有sp^3杂化特性的材料系统。

NSRL在半导体表面和界面的同步辐射研究进展

综述了国家同步辐射实验室在半导体表面和界面的同步辐射光电子能谱研究。其中包括碱金属在半导体表面的吸附及其对半导体表面氧化和氮化的催化作用;稀土金属在半导体表面的吸附及其界面形成;Ⅲ-Ⅴ族半导体表面的钝化及其与金属界面研究;半导体表面的磁性超薄膜研究;与Ⅱ—Ⅵ族半导体有关的异质结能带排列。

同步辐射X射线反射技术及其在测量δ掺杂晶体中原子表层深度分布的应用

X射线低角反射实验技术是测定固体材料表层中杂质原子深度分布的有效手段。利用同步辐射X射线反射技术和近年来发展的由反射实验数据逆向求解原子深度分布的分层逼近法，研究了不同温度下分子束外延生长的δ掺杂（Sb)Si晶体样品，成功地测量了样品中几个纳米范围内的Sb原子深度分布，所得结果表明，300℃以下是用分子束外延方法在Si晶体中生长Sb原子δ掺杂结构的合适温度。

同步辐射X射线驻波实验技术研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪，在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术，并用这一实验技术结合X射线衍射方法，研究了Si晶体中外延生长的超薄Ge原子层的微结构。实验结果表明，由于Ge原子的偏析，在Si晶体样品中形成了共格生长的GexSi1-x合金层，浓度平均值为X=0．13；650℃退火会使Ge原子向表面扩散，Si晶体中的合金层消失，在晶体表面形成接近纯Ge的单原子层。

一种测量薄膜磁性的表面磁光克尔效应装置

介绍表面磁光克尔效应谱（SMOKE）的一种新方案。通过适当分光并测量信号束和参考束的光强比，可以明显改善由于激光的光强不稳造成的误差，还使得随机偏振激光器也能用于SMOKE装置。同时该方案中没有采用信号调制，因此对探测器等硬件要求很低。实验结果表明，采用光强稳定度为5％的普通国产He－Ne随机偏振激光器，其测量灵敏度能够达到目前国际上通常用于超薄膜磁性测量的SMOKE的同类水平。

第6届国际表面结构会议概述

第6届国际表面结构会议(ICSOS-6,下同)于1999年7月26～30日在加拿大温哥华市举行,共有200余位各国科学家与会。我作为本届会议国际程序委员会成员应邀参加,出席了程序委员会与顾问委员会联席会议,并作为一个下午大会的主席主持大会。此外,在会上发表两篇学术论文并被收入大会文集,将在学术价值很高的《表面评论与通讯》(SurfaceReview and Letters)上发表。