硅、锗材料在Si(100)表面的生长研究

利用扫描隧道显微镜和超高真空实验装置系统进行了Si(10 0 )表面生长Si,Ge的实验研究。分析了所生成表面的形貌、结构等物理性质。研究表明 :Si在Si(10 0 )表面的同质生长可以形成纳米结构薄膜。Ge在Si(10 0 )表面生长形成规则的三维小岛。而在Si/Ge/Si(10 0 )多层膜上生长则形成大小二种三维岛。研究表明大岛具有Ge/Si/Ge的壳层结构     

Si3N4／Si表面Ge生长过程的STM研究

利用STM和LEED分析了Ge在Si3N4/Si(111)和Si3N4/Si(100)表面生长过程的结构演变,在生长早期,Ge在两种衬底表面上都形成高密度的三维纳米团簇,这些团簇的大小均在几个纳米范围内,并在高温退火时积增大,当生长继续围内形成以（111）方向为主的晶面,相反,在非晶的Si3N4表面,Ge的（111）晶向的小面生长比其他方向优先,最后在大范围内形成以（111）方向为主的晶面,相反,在非晶的Si3N4表面,即Si3N4/Si(100),Ge晶体的高指数侧面生长较顶面快,最终形成金字塔形的岛结构,对这样的表面生长过程进行了探讨给出合理的物理解释。     

Si_3N_4/Si表面Ge生长过程的STM研究

利用STM和LEED分析了Ge在Si3 N4 /Si(111)和Si3 N4 /Si(10 0 )表面生长过程的结构演变。在生长早期 ,Ge在两种衬底表面上都形成高密度的三维纳米团簇 ,这些团簇的大小均在几个纳米范围内 ,并在高温退火时体积增大。当生长继续时 ,Ge的晶体小面开始显现。在晶态的Si3 N4 (0 0 0 1) /Si(111)表面 ,Ge的 (111)晶向的小面生长比其他方向优先。最后在大范围内形成以 (111)方向为主的晶面。相反 ,在非晶的Si3 N4 表面 ,即Si3 N4 /Si(10 0 ) ,Ge晶体的高指数侧面生长较顶面快 ,最终形成金字塔形的岛结构。对这样的表面生长过程进行了探讨并给出了合理的物理解释     

溅射生长Ge/Si(100)2×1薄膜的分子动力学研究

以Si(100)2×1为基底,对不同入射角度、基底温度及入射能量时生长锗薄膜进行了分子动力学模拟.运用双体分布函数与原子直观构型及原子轨迹法对结果进行了分析讨论.模拟表明,以上3种因素对薄膜微结构都有一定影响,但基底温度的影响最重要;重构基底的二聚体键打开对实现锗外延生长很重要,而二聚体键断开过程主要发生在下一层锗入射阶段,因而下一层锗入射阶段是上一层锗外延晶化的关键阶段.     

原子氢在Si(100)表面吸附的FI-STM研究

高性能的场离子-扫描隧道显微镜(field ion-scanning tunneling microscope简称FI-STM)已成功地用于原子氢在Si(100)2×1表面的化学吸附过程的研究。结果表明,在小于6L低的氢暴露量下,氢原子通常是吸附在Si的二聚原子列(dimer rows)的顶部。随着氢暴露量的增加,先后出现Si(100)2×1:H单氢化物相(monohydride)和Si(100)1×1::2H双氢化物相(dihydride)两种表面结构。氢饱和的Si表面的热脱附研究表明,当样品被加热到590K时,表面结构并无明显变化;而到达670K时,则表面的(1×1)双氢化物相消失;当温度升高到730K时,(2×1)结构的二聚原子列又重现于表面,而且在Si衬底的台阶上出现许多错列的吸附原子链。这些原子链垂直于原先的Si的二聚原子列的方向,因此被认为是由Si的氢化物热解产生的Si原子在Si(100)表面的有序化排列。     

Si(100)面的STM观察

使用超高真空扫描隧道显微镜(STM)观察了Si(100)面,得到了清洁Si(100)面的STM像。从Chadi模型的形成和表面原子的各向异性扩散分析了STM像的两种类型的台阶棱。Si(100)面的STM像存在许多缺陷,缺陷位置能从在同一区域样品上加正负偏压的STM像来确定。     

Si（337）表面的STM研究

利用超高真空扫描隧道显微镜(UHV STM)，研究了Si(337)高指数面的形貌和原子结构，发现Si(337)表面平台的生长与退火速度有关，相对较慢的退火速度有利于生长尺寸更大、结构更完整的平台。高分辨SIM结果显示Si(337)表面平台原子结构为(5512)的周期性结构，表明Si(337)表面退火过程中稳定性较差，易重构成临近的更稳定的高指数面。     

低温生长硅基碳化硅薄膜研究

在850℃的低温下，在Si（100）衬底上生长了3C－SiC薄膜，气源为SiH4和C2H4混合气体。用X射线衍射、X射线光电子能谱和傅立叶红外吸收谱分析了薄膜的晶体结构、组分以及键能随深度的变化。研究表明薄膜为富硅的3C－SiC结晶层，其中的Si/C比约为1.2。     

用扫描隧道显微镜对材料进行表面修饰的研究

扫描隧道显微镜(STM)是对材料表面进行表面修饰(surface modification)和表面原子操纵(atomcraft)的重要工具。为了了解其机理,选择了场蒸发阈值从大到小有代表性的钨、铂、金、铜做针尖,扫描过程中在针尖与石墨表面之间施加针尖为正的脉冲电压,获得了一些新现象,并对实验结果作了比较,从而在一定程度上确定了脉冲制STM表面修饰实验中针尖与样品之间电场的重要作用。