离子束溅射致硅纳米点的电学性质研究

摘要

本文主要包括两部分工作。第一部分工作利用静电场力显微镜(EFM)技术，研究了离子束溅射产生的硅(100)量子点阵列的电学性质，分析了两种模型下的硅量子点表面结构，这部分的主要内容如下： 首先，通过EFM，发现在静电场力的作用下，离子束溅射得到的硅纳米点，其样品表面电场信号分布不均匀。通过对该类样品进行真空高温退火处理并重新进行EFM测量，发现硅纳米点样品表面的EFM信号对比度下降。分别采用束流密度为80μA/cm<'2>和800μA/cm<'2>的Ar<'+>离子束溅射得到的样品，进行温度效应(400℃-800℃)和时间效应(40min-160min)的退火研究。实验结果表明离子束溅射得到的硅纳米点结构和其他小组宣称的不同。其次，利用EFM测量的物理模型并代入测试的具体条件进行数学模拟，发现测量过程中由于纯粹的静电场结构差别引入的电场力信号仅在总电场力信号里占～5％，这证明由EFM测试结果几乎完全来源于纳米点与硅表面之间结构的差异。此外，利用导电原子力显微镜(C-AFM)对离子束溅射得到的Si(100)纳米点的测量，同样可以证明EFM测试结果的真实性。 本论文的另一部分工作，是采用离子束溅射得到的具有纳米点结构的Si样品进行电化学腐蚀加工，以达到生成具有纳米柱结构的Si材料。我们通过改变实验参数，期望找到能制备符合要求的样品的实验条件，包括Si的掺杂条件，腐蚀参数和离子束溅射参数。通过实验，初步证明了采用离子束溅射得到的Si纳米点结构，对于利用电化学腐蚀生成Si纳米柱阵列，具有引导性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1纳米材料及其制备方法

1.2粒子束溅射的应用

1.3半导体表面纳米点结构的研究

第二章离子束溅射致硅硅量子点的制备和形貌测量

2.1离子束溅射实验系统

2.2样品制备过程

2.3 Bradley-Harper模型

2.4 考虑Ehrlich-Schwoebel势垒的Ehrlich-Schwoebel模型

2.5小结

第三章离子束溅射致硅纳米点的电学性质研究

3.1 EFM原理介绍及实验方法介绍

3.2 Bradley-Harper模型下的离子束溅射致硅纳米点电学性质研究

3.3 Ehrlich-Schwoebel模型下的离子束溅射致硅纳米点电学性质研究

3.4 C-AFM原理介绍及研究

3.5离子束溅射致硅纳米点的电学性质测试的计算模拟

3.6小结

第四章硅纳米点引导腐蚀生成硅量子线结构

5.1样品的制备

5.2样品的表征

5.3小结

第五章总结与展望

参考文献

附录

致谢