氧在GaP(-1-1-1)表面上的吸附特性

利用单色的HeII(40.8eV)光电子谱研究了氧在GaP(111)表面上的化学吸附特征.实验表明,在室温下被吸附的氧存在两种形态:α氧和β氧。α氧在价带中的两个光电子峰分别低于价带顶6.0和10.0eV; β氧在价带顶下5.2eV处有一个主峰和在8—9eV处有一个肩峰,它对应于离解态的氧与表面原子的键合.β氧引起Ga3d能级的化学位移为0.8±0.1eV,而α氧不引起位移.在～250℃下退火,大部分的α氧脱附,并有小部分转变为β氧,后者在～550℃时脱附.所有这些结果都与氧在GaAs表面上的吸附特性类似.     

氧在GaP(■■■)表面上的吸附特性

利用单色的HeII(40.8eV)光电子谱研究了氧在GaP(111)表面上的化学吸附特征.实验表明,在室温下被吸附的氧存在两种形态:α氧和β氧。α氧在价带中的两个光电子峰分别低于价带顶6.0和10.0eV; β氧在价带顶下5.2eV处有一个主峰和在8—9eV处有一个肩峰,它对应于离解态的氧与表面原子的键合.β氧引起Ga3d能级的化学位移为0.8±0.1eV,而α氧不引起位移.在～250℃下退火,大部分的α氧脱附,并有小部分转变为β氧,后者在～550℃时脱附.所有这些结果都与氧在GaAs表面上的吸附特性类似.     

Pt/Si界面化学键性质的研究

在超高真空系统中,超薄层 Pt淀积膜原位蒸发在原子清洁的 Si(111)表面上形成 Pt/Si界面.利用光电子谱技术(XPS和UPS)研究了Pt/Si 界面的化学性质.测量了Si2p和Pt 4f芯能级和价带电子态,并着重研究这些芯能级及电子态在低覆盖度时的变化.由 Si(2p)峰的强度随 Pt 覆盖度的变化可以清楚证明:在 300 K下淀积亚单原子层至数个单原子层 Pt的 Pt/Si(111)界面发生强烈混合作用,其原子组伤是缓变的.由于Si原子周围的 Pt原子数不断增加,所以 Pt 4f芯能级化学位移随 Pt原子覆盖度的增加而逐步减小,而Si 2p芯能级化学位移则逐步增大.同时,Pt 4f峰的线形也产生明显变化,对称性增加;Si 2p峰的线形则对称性降低.淀积亚单原子层至数单原子层Pt的UPS谱,主要显示两个峰:-4.2eV(A峰),-6.0eV(B峰).A峰随着覆盖度的增加移向费米能边,而B峰则保持不变.这说明Ptd-Sip键合不受周围Pt原子增加的影响.利用Pt/Si界面Pt原子向Si原子的间隙扩散模型讨论了所观察到的结果.     

氧在a-GaAs(:H)表面吸附的光电子谱研究

本文首次报道a-GaAs(:H)膜暴露于激活态氧之后的光电子谱的测量结果.样品是在超高真空系统中,在Ar和H_2的混合气体中用直流溅射方法原位制备的.氧的吸附在a-GaAs(:H)的价带谱中诱导一个在价带顶(VBM)之下4.7eV的峰和位于7—9eV的一个弱结构.通过与晶态GaAs表面氧的吸附结果的比较,我们推测,在非晶态GaAs表面可能只存在离解态氧的吸附.     

Si(331)-6×2表面相及其氧吸附特性

利用LEED、UPS和AES研究了Si(331)表面的原子再构和氧吸附特性.发现经Xe离子溅射和～800℃退火后出现Si(331)-6 ×2表面相.在～80℃下,氧在这种表面上的吸附量与曝氧量关系曲线出现两个代表不同吸附过程的斜率.提出可能的吸附模型:当1ML 氧吸附时,在每个Si(331)面元胞中,一个氧原子被吸附在第一和第二层Si原子之间的桥位上,另一个氧原子被吸附在顶位上.     

硅表面氧吸附的自洽键轨道计算

一种简单的考虑到电荷转移引起原子波函数变化的自治键轨道计算用于 Si(111)表面原子氧吸附的研究.在顶位吸附的模型下,适当选择Si-O键的长度可以得到在价带光电子发射谱中几个主要峰的相对能量位置.结果表明,顶位吸附的 Si-O键的长度只略小于体内Si-Si键的长度,而不是通常猜测的那样接近SiO_2体内的键长.同样的计算也能给出氧化后的Si-O键的能量.     

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.     

Si(111)表面顶位吸附的双心键理论

采用双心键理论计算 Si(111)表面上顶位吸附 H、O、F和Cl原子的键长、电荷分配、力常数和局域振动频率,同时用自治键轨道方法计算价带的电子结构,其结果与ab initio和CNDO理论方法得出的基本一致,同O和Cl原子吸附的实验数据也大致相符,从而表明双心键理论可用于顶位原子吸附的研究.     

Analysis of PTCDA/ITO Surface and Interface Using X-ray Photoelectron Spectroscopy and Atomic Force Microscopy

利用X射线光电子能谱(XPS)对苝四甲酸二酐[3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride(PTCDA)]/铟锡氧化物(ITO)表面和界面进行了研究.用原子力显微镜(AFM)对PTCDA/ITO样品的表面形貌进行了分析.XPS表明,在原始表面的C1s精细谱存在两个主谱峰和一个伴峰,主谱峰分别由结合能为284.6eV的苝环中的C原子和结合能为288.7eV的酸酐基团中的C原子激发;而结合能为290.4eV的伴峰的存在,说明发生了来源于ITO膜中的氧对C原子的氧化现象.O原子在C=O键和C-O-C键的结合能分别为531.5和533.4eV.在界面处,C1s谱中较高结合能峰消失,且峰值向低结合能方向发生0.2eV的化学位移;O1s谱向低结合能方向发生1.5eV的化学位移.由此可以推断,在界面处PTCDA与ITO的结合是PTCDA中的苝环与ITO中的In空位的结合.AFM的结果显示,PTCDA薄膜为岛状结构,岛的直径约为100～300nm,表面起伏约为14nm.相邻两层PTC-DA分子由于存在离域大π键而交叠和PTCDA分子中的苝环与ITO的In空位的紧密结合是最终导致PTCDA岛状结构形成的原因.     

PTCDA/ITO表面和界面的AFM和XPS分析

利用X射线光电子能谱(XPS)对苝四甲酸二酐[3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride(PTCDA)]/铟锡氧化物(ITO)表面和界面进行了研究.用原子力显微镜(AFM)对PTCDA/ITO样品的表面形貌进行了分析.XPS表明,在原始表面的C1s精细谱存在两个主谱峰和一个伴峰,主谱峰分别由结合能为284.6eV的苝环中的C原子和结合能为288.7eV的酸酐基团中的C原子激发;而结合能为290.4eV的伴峰的存在,说明发生了来源于ITO膜中的氧对C原子的氧化现象.O原子在C=O键和C-O-C键的结合能分别为531.5和533.4eV.在界面处,C1s谱中较高结合能峰消失,且峰值向低结合能方向发生0.2eV的化学位移;O1s谱向低结合能方向发生1.5eV的化学位移.由此可以推断,在界面处PTCDA与ITO的结合是PTCDA中的苝环与ITO中的In空位的结合.AFM的结果显示,PTCDA薄膜为岛状结构,岛的直径约为100～300nm,表面起伏约为14nm.相邻两层PTC-DA分子由于存在离域大π键而交叠和PTCDA分子中的苝环与ITO的In空位的紧密结合是最终导致PTCDA岛状结构形成的原因.     

SiO_2基质中包埋纳米晶Si光电性质的模拟计算

采用第一性原理方法,研究了SiO2基质中包埋纳米晶Si的电子结构及光学性质。结果表明:位于约1.7eV的吸收峰是–0.59eV能级上的电子向由价键畸变产生的1.2eV能级跃迁的结果。纳米Si粒中含不饱和键的Si原子的p轨道对可见光区光的吸收有主要的贡献。同时由于这些缺陷引入的能级使价带、导带在Fermi面发生交叠而表现出导电性。     

Si(100)2×1面上钾原子间相互作用和吸附表面结构

本文用原子集团模型和 ASED-MO方法,计算了K在Si(100)2 ×1面上不同吸附位置上的结合能和K-K相互作用能,从不同吸附结构下吸附能的计算结果,讨论了饱和覆盖度下的表面结构问题,支持了由两种类型的吸附K原子键组成的双层结构模型.     

低能入射Si与Si(001)2×1重构表面相互作用过程的分子动力学模拟

利用Tersoff势函数,对300K时初始入射动能为0.03eV的单个Si原子从6个不同位置轰击Si(001)2×1重构表面的动力学过程进行了模拟.分析了入射Si原子的动能变化、势能变化以及其运动轨迹.结果表明:入射原子与表面原子相互作用几个皮秒后即可进入稳定位置,其与基底原子的结合能最大可以达到2.99eV;从位置1,2,3,4入射的原子不能使基底表面的二聚体键断开,而从位置5和位置6入射时,表面二聚体键的断开在入射原子与基底表面原子发生相互作用几十飞秒后即可完成.     

低能入射Si与Si(001)2×1重构表面相互作用过程的分子动力学模拟

利用Tersoff势函数,对300K时初始入射动能为0.03eV的单个Si原子从6个不同位置轰击Si(001)2×1重构表面的动力学过程进行了模拟.分析了入射Si原子的动能变化、势能变化以及其运动轨迹.结果表明:入射原子与表面原子相互作用几个皮秒后即可进入稳定位置,其与基底原子的结合能最大可以达到2.99eV;从位置1,2,3,4入射的原子不能使基底表面的二聚体键断开,而从位置5和位置6入射时,表面二聚体键的断开在入射原子与基底表面原子发生相互作用几十飞秒后即可完成.     

H_2O在Si(100)面上化学吸附的理论研究

本文用H_2OSi_(10)H_(12)分子簇模拟H_2O在Si(100)面上的化学吸附,应用ASED-MO方法,计算了总能量面上200个以上点的分子簇总能量.从总能量最小原则得到,H_2O在Si(100)面上是解离吸附(H_(ad)+ OH_(ad)),解离吸附比分子态吸附总能量低5.61eV.解离吸附态的态密度计算结果与 UPS实验也符合得相当好.     

GaAs和Si的电子亲合势和功函数的比较研究

利用 He灯光源(21.2eV和 40.8 eV)和柏林 BESSY同步辐射光源(108.6eV),分别测量了GaAs和Si的(111)、(110)、(111)和(001)表面的包括芯态光电子峰(GaAs的Ga 3d和Si的2p)的光电子谱.这些表面是利用离子轰击加高温退火的方法,分别在以[110]晶向为轴的GaAs和Si单晶圆柱体上制备的.另外,还利用分子束外延方法在GaAs 圆柱面上制备其外延表面,这样得到的(111)和(001)面是富As的.根据光电子谱的低能(二次电子)阈值和芯态光电子峰的能量位置,确定各种表面的功函数φ和电子亲合势x. 结果表明,由于GaAs晶体的极性和表面成分的差异,它的x值随晶向的变化比Si的大.不同晶向Si的x值的微弱变化,可能是由于不同的表面原子再构产生不同的表面偶极子引起的.对于GaAs的不同晶面,φ和x的变化基本上是平行的,表明不同晶向表面能带的弯曲大致相同;对于Si,_▲~＇φ的变化比x的变化明显,表明其表面能带的弯曲与晶向有关.     

XPS研究氧在GaAs(111)面的吸附

用探测在MgK_α和 AlK_α X光源激发下掠角发射的As 2p、GaZP、Ca3d和Ols光电子的办法,提高了XPS表面分析的灵敏度,从而研究了 GaAs(111)面在吸附氧过程中表面 Ga、As和O的变化情形.发现吸附一开始时氧同表面Ga原子成键,随后氧再同As原子成键.吸附引起As2p强度的减弱,而没有看到有Ga减少的现象.在400℃以下加热退火,可以使As-O键消失,但Ga-O 键依然存在,后者只有在550℃退火才会去除.经过氧吸附并550℃退火后,(2×2)LEED图样比吸附氧以前更为清晰,氧在表面的初始粘附系数减小,说明表面有序程度提高.从氧吸附并退火后表面As/Ga比的增大,推测是由于这一处理部分地消除了原先表面所存在的Ga岛.     

有机／无机光电探测器的AFM和XPS分析

采用真空蒸发沉积，在室温下制备了PTCDA／p—Si有机／无机异质结样品。对其表面用原子力显微镜(AFM)研究表明，PTCDA薄膜具有岛状形态结构。经X光电子能谱(XPS)分析表明，在PTCDA分子中，C原子有两种束缚能态，其结合能力分别为285．3eV和288．7eV；O原子与C原子相邻，一些O原子通过双键与C原子相结合，另外的O原子则通过单键与2个C原子相结合。经Ar^ 束溅射研究界面电子状态表明，随溅射时间增加，C1s和O1s峰逐渐减弱，而Si 2p和Si 2s峰渐渐增强。C1s和Si 2p谱峰随着溅射时间的增加而逐渐向低束缚能力方向移动。由于荷电效应和碳硅氧烷(C—Si—O)及SiO2的存在，Ols谱峰随溅射时间的增加先向高束缚能方向移动，然后向低束缚能方向移动。     

a-Si:(Cl,H)薄膜的PESIS研究

利用 Mg Ka X射线作为激发源,对 a-Si:(Cl,H)薄膜进行了 PESIS研究.样品是采用辉光放电方法在SiCl_4-SiH_4-H_2混合气体中,当石墨衬底温度为350℃时生长的.实验发现,薄膜中的Cl只起补偿 Si悬挂键的作用,不起掺杂作用.对Si 2p光电子峰进行分解,得到Cl引起Si 2p能级的化学位移为 1.1± 0.1eV.根据原子电负性的考虑,认为在 a-Si:(Cl,H)薄膜中,只存在 Si-Cl单键结合,不存在 Si-Cl_2、Si-Cl_3和 Si-Cl_4的结合形式.对Cl 2p光电子峰的分析结果表明,在这种薄膜中,Cl只有一种化学形态,即Si-Cl结合态,不存在分子Cl_2.     

X射线光电子能谱法研究In_(0.53)Ga_(0.47)As基Er_2O_3薄膜的能带排列

采用分子束外延(MBE)法在In_(0.53)Ga_(0.47)As衬底上沉积了金属Er薄膜,后经氧气退火得到Er_2O_3薄膜。台阶仪测得该Er_2O_3薄膜厚约10 nm。X射线光电子能谱(XPS)显示,采用此方法得到的Er_2O_3薄膜符合化学计量比。原子力显微镜测试结果显示,该薄膜表面平整。采用X射线光电子能谱同时测得Er 4d、In 3d和O1s的芯能级谱、Er_2O_3的价带谱以及O1s的能量损失谱,从而得到Er_2O_3的禁带宽度以及Er_2O_3与In_(0.53)Ga_(0.47)As衬底之间的价带偏移和导带偏移,数值分别为(5.95±0.30)eV、(-3.01±0.10)eV和(2.24±0.30)eV。通过X射线光电子能谱方法得到了Er_2O_3/In_(0.53)Ga_(0.47)As异质结的能带排列。从能带偏移的角度来看,上述研究结果表明,Er_2O_3是一种非常有应用前景的In_(0.53)Ga_(0.47)As基栅介质材料。