Si/GaP(111)和(■)界面的研究

本文报道用EHT方法计算Si/GaP(111)、(111)和(110)界面的电子结构,得到它们的价带不连续值△E_v分别为:0.88eV、0.97eV和0.87eV,这和Si/GaP的实验结果:△E_v=0.80eV和0.95eV相符合.不同晶向△E_v相差达0.1eV.分析Si和GaP价带顶位置的变化情况,发现对Si/GaP(111),界面态对价带顶的影响不大.但对于Si/GaP(111)异质结,由于界面态的影响,使Si价带顶明显上移.此时,界面态对△E_v的非线性影响不可忽略。     

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.     

激光分子束外延法制备AlN/Si异质结的电学性质

采用激光分子束外延法在Si(111)衬底上制备出沿c轴取向的AlN薄膜,在此基础上制备了Au/AlN/Si金属-绝缘体-半导体(MIS)结构。研究了结构的电流传输机制、AlN/Si界面处的界面态密度值及分布情况。结果表明:AlN/Si异质结具有很好的整流特性,电流传输符合空间电荷限制传输机制,理想因子为2.88;结构的界面态密度约为1.1×10~(12) eV~(-1)·cm~(-2),主要分布在距离Si衬底价带顶0.26eV附近,由生长过程中引入的O杂质、N空位/N替代和Si原子代替N原子形成的Al-Si键组成。     

激光分子束外延法制备AlN/Si异质结的电学性质

采用激光分子束外延法在Si(111)衬底上制备出沿c轴取向的AlN薄膜，在此基础上制备了Au/AlN/Si 金属 绝缘体 半导体(MIS)结构。研究了结构的电流传输机制、AlN/Si界面处的界面态密度值及分布情况。结果表明：AlN/Si异质结具有很好的整流特性，电流传输符合空间电荷限制传输机制，理想因子为2.88；结构的界面态密度约为1.1×1012 eV-1·cm-2，主要分布在距离Si衬底价带顶0.26 eV附近，由生长过程中引入的O杂质、N空位/N替代和Si原子代替N原子形成的Al-Si键组成。     

Si/GaAs异质结界面态及其价带不连续性

本文报道用自洽EHT方法研究Si/GaAs异质结界面态分布和价带不连续性。用准共度晶格模型处理晶格失配问题,并对晶格常数作了修正。通过对Si/GaAs(111)、Si/GaAs(111)和Si/GaAs(110)异质结中Si应变和GaAs应变的情况,分别进行计算,得到界面态分布和价带不连续值等物理量,结果表明:它们不仅依赖于组成异质结的两种材料的体性质,而且还依赖于界面晶向和材料应变。文中给出了这些计算结果,并作了初步的讨论。     

Si(111)面氟吸附的研究

本文先用集团模型和电荷自治的EHT方法研究了Ⅶ族元素F在 Si(111)面的化学吸附,利用能量极小原理确定了化学吸附位置;在此基础上,采用薄片(SLAB)模型和EHT经验紧束缚方法对吸附体系的电子结构作了计算.计算结果表明,F可以吸附在Si(111)面的顶位和三度空位上,但以顶位为更稳状态.顶位吸附时,F与表面的距离为1.53A,吸附能为4.7eV;三度位吸附时,F与表面的距离为-2.2A,吸附能为3.1eV.吸附后,F对总态密度和能带的贡献主要局域在真空能级下-17eV～-19eV之间.此外,顶位吸附使原清洁表面悬键引起的表面态消失.     

Ni在Si(111)和Si(100)面上吸附的理论研究

采用集团模型和分立变分的 Xα方法研究 Ni原子在Si(111)顶位和三度开位吸附,以及在Si(100)四度位和桥位吸附的可能性,由体系的总能量最低确定稳定吸附位置,并在稳定吸附位讨论了Ni-Si成键特性和态密度.结果表明,只有当Si(111)表面弛豫情况下Ni原子才能沿[111]方向进入表面以下,但Ni原子也能沿[100]方向进入Si表面层.计算所得态密度与实验符合较好.比较所得的态密度和 NiSi_2/Si(111)的界面态密度表明位于表面下的Ni可能是生长NiSi_2的先兆.     

H_2O在Si(100)-(2×1)表面上的吸附和氧化

利用AES以及HeI(21.2eV)和同步辐射(138.5eV)光电子谱研究了H_2O在Si(100)-(2 ×1)表面上的室温吸附、高温退火效应以及开始氧化的过程.AES的测量结果表明,H_2O在这种表面上的粘附系数很大,在350K下,当曝汽量约为2L时就达到饱和,其覆盖率θ=1/2.价带区域的光电子谱出现三个由于H_2O吸附而引起的特征峰,低于价带顶分别为6.2、7.2和11.5eV.350K下的 H_2O吸附导致Si 2p能级的结合能增加0.8±0.1eV,相当于一个Si原子同一个氧原子键合的情况.在 640K下退火后,出现Si 2p的第二个化学位移峰,其位置比体内Si 2p 峰约低 1.8eV,表明这时的 H_2O已经完全离解,一部分Si原子同两个氧原子键合(可能是桥键方式). 在 870K下退火,得到Si 2p的四个化学位移峰,说明氧已经贯穿进Si的体内,形成SiO_x(x=1、2、3和4).当退火温度进一步提高到T(?)970K时,恢复Si的清洁表面,表明氧被完全脱附.     

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.     

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.     

应变Si(100)态密度模型

应变Si技术是当前微电子领域研究发展的热点和重点,态密度是其材料的重要物理参量。基于应变Si/(100)Si1-xGex能带结构和载流子有效质量模型,获得了导带底电子和价带顶空穴态密度有效质量,并在此基础上建立了其导带底和价带顶附近态密度模型。该模型数据量化,可为应变Si/(100)Si1-xGex材料物理的理解及其他物理参量模型的建立奠定重要的理论基础。     

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.     

GaP(-1-1-1)-1×1表面的Ga3d化学位移

单色的 Hellα(hv=40.8eV)光电子发射测量发现:在IBA的 GaP(III)-1×1表面上,最外层Ga原子的3d能级结合能比体内减小0.75±0.05eV.解释为表面原子的极化程度低于体内.     

Si(001)-(2×1)的金属性表面态

利用角分辨紫外光电子谱仪,首次发现在 Si(001)-(2×1)面上存在着金属性表面态,该态位于能量为～0.1eV(E_F以下)Γ对称点附近,而且存在范围很窄.在(001)的邻面上未发现这种态.我们认为Si(001)面的金属性表面态可能来自表面部分的对称双聚键.     

Pt/Si和Pd/Si肖特基接触的XPS研究

用XPS测量了Pt/Si和Pd/Si 肖特基接触界面处的芯态谱和价带谱.界面处有硅化物M_2Si存在,对界面处金属芯态谱随光电子发射角变化的反常现象作了初步探讨.     

Ag3PO4(111)清洁面的原子弛豫对其体系能量及电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理GGA+U方法,研究了Ag3PO4(111)面的原子弛豫对其体系能量及电子结构的影响.发现Ag3PO4(111)面原子弛豫后,表面两个三配位的Ag原子均向里移动超过0.06 nm,而表面次层的O原子则均向外移动0.004 nm,导致弛豫后暴露在最表面的是O原子.而且弛豫使表面原子的核外电荷向表面内部发生了一定程度转移,表面键的杂化作用使共价左右增强,表面键长缩短.计算出的能带结构和态密度显示出原子弛豫窄化了价带宽度0.15 eV,增加了带隙宽度0.26 eV.同时未弛豫结构中存在于价带顶和导带底的两个表面峰在弛豫后完全消失,弛豫使Ag3PO4表面从金属特征向半导体特征转变.     

应变Si/(001)Si_(1-x)Ge_x价带结构

应变SiCMOS技术是当前国内外研究发展的重点,在高速/高性能器件和电路中有极大的应用前景。基于(001)面弛豫Si1-xGex衬底上生长的张应变Si的价带E(k)-k关系模型,研究获得了[100]和[001]晶向的价带结构及相应的空穴有效质量。结果表明,与弛豫材料相比,应变引起了应变Si/(001)Si1-xGex价带顶的劈裂,且同一晶向族内沿[001]和[100]两个晶向的价带结构在应力的作用下不再对称,相应的空穴有效质量随Ge组份有规律地变化。价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该结论为Si基应变PMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供了重要理论依据。     

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.     

InP(100)与(111)面的特征能量损失谱

用能量为300eV的入射电子测量了InP(100)与(111)面的电子能量损失谱,识别了能量损失为15.2eV的峰对应于InP的体等离子体损失,11.7eV和8.7eV 的两个峰分别由In的体和表面等离子体损失所引起.用费米能级以上1.8 eV和 4.0eV处存在两个空态.解释了19.3eV、20.2eV、22.7eV,3.8eV和 6.0eV 几个损失峰分别对应于从In 4d芯能级和价带到上述空态的跃迁.In的体和表面等离子体损失峰的存在说明表面形成了In岛.根据同纯In样品损失谱强度的比较,估计了表面In岛所占的面积.表面In岛是氩离子刻蚀所造成,经过退火,In岛所占面积缩小,但厚度增大.InP(100)表面形成的In岛比(111)表面更不易消除.     

(111) Si基应变材料本征载流子浓度研究

在分析(111)Si基应变材料[应变Si/(111)Si1-xGex、应变Si1-xGex/(111)si]能带结构的基础上,获得了其态密度有效质量与应力及温度的理论关系,并在此基础上,进一步建立了300 K时(111) Si基应变材料与应力相关的本征载流子浓度模型.结果表明:应变Si/(111)Si1-xGex材料本...