退火过程中自组织生长Ge量子点的变化

在超高真空系统中,用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)研究了自组织生长的Ge量子点经不同温度退火后的变化.实验发现,当退火温度为630℃时,出现了许多新的量子点.与原来的在分子束外延过程中形成的无失配位错的量子点相比,新形成的量子点被认为是存在位错的岛.     

自组织量子点的形成过程

利用分子束外延技术(MBE)生长了一个分布很不均匀的InGaAs量子点样品.样品不同位置InGaAs的沉积量不同导致点的大小、密度分布不均匀.这种分布恰恰对应着量子点形成的不同时期,因此仅通过一个样品就可以把量子点的生长演变全过程展示出来.AFM和PL测试表明:随着InGaAs沉积量的增加,量子点的密度显著增加,量子点的尺寸分布渐趋均匀并倾向于一平衡值.     

自组织量子点的形成过程

利用分子束外延技术(MBE)生长了一个分布很不均匀的InGaAs量子点样品.样品不同位置InGaAs的沉积量不同导致点的大小、密度分布不均匀.这种分布恰恰对应着量子点形成的不同时期,因此仅通过一个样品就可以把量子点的生长演变全过程展示出来.AFM和PL测试表明:随着InGaAs沉积量的增加,量子点的密度显著增加,量子点的尺寸分布渐趋均匀并倾向于一平衡值.     

自组织量子点的形成过程

利用分子束外延技术(MBE)生长了一个分布很不均匀的InGaAs量子点样品. 样品不同位置InGaAs的沉积量不同导致点的大小、密度分布不均匀. 这种分布恰恰对应着量子点形成的不同时期，因此仅通过一个样品就可以把量子点的生长演变全过程展示出来. AFM和PL测试表明：随着InGaAs沉积量的增加，量子点的密度显著增加，量子点的尺寸分布渐趋均匀并倾向于一平衡值.     

Si中Ge量子点的光致发光

生长温度500℃下，在Si（001）衬底上分子束外延自组织生长锗量子点．700℃退火20分钟后观察到其光致发光．原子力显微镜（AFM）和横截面试样透镜（XTEM）方法用于观察鼻子点的大小和密度．利用喇曼光谱观察不同温度退火引起的Ge与Si之间的互扩散．     

硅表面上的纳米量子点的自组织生长

纳米半导体量子点以其所具有的新颖光电性质与输运特性正在受到人们普遍重视。作为制备高质量纳米量子点的工艺技术 ,自组织生长方法倍受材料物理学家的青睐。而如何制备尺寸大小与密度分布可控的纳米量子点更为人们所注目。因为这是关系到纳米量子点最终能否器件实用化的关键。文中以此为主线 ,着重介绍了各种 Si表面 ,如常规表面、氧化表面、台阶表面以及吸附表面上 ,不同纳米量子点的自组织生长及其形成机理 ,并展望了其未来发展前景     

Ge/Si量子点的控制生长

采用离子束溅射技术,在生长了Si缓冲层的硅晶片上制备了一系列Ge量子点样品.借助原子力显微镜(AFM)和Raman光谱等测试手段研究了Ge/Si量子点生长密度、尺寸及排列均匀性的演变规律.结果表明,改变Si缓冲层厚度及其生长方式,可以有效控制量子点的尺寸、均匀性和密度.随缓冲层厚度增大,量子点密度先增大后减小,停顿生长有利于提高缓冲层结晶性,从而提高量子点的密度,可以达到1.9×1010 cm-2.还研究了Si缓冲层在Ge量子点生长过程中的作用,并提出了量子点的生长模型.     

半导体量子点自组织生长过程的控制

对控制半导体量子点的自组织生长进行了研究.在对平均场模型和非平均场模型计算机模拟结果分析的基础上,提出了利用隔离单元抑制量子点的熟化生长的方法来控制量子点的大小,并对生长过程进行了计算机模拟.结果表明通过将衬底表面的吸附原子海分割成一个个独立的隔离单元可以抑制量子点熟化生长,调节量子点的生长速度,达到制备大小均匀、排列有序的半导体量子点阵列的目的.     

ZnCdSe量子点的MOCVD生长及其演变

利用应力释放模型计算了 Zn Cd Se/Ga As间的临界厚度 ,并以该临界厚度为基础 ,用 MOVCD设备在Stranski-Krastanow (S-K)生长模式下 ,外延生长了 Zn Cd Se量子点。用原子力显微镜和光谱测量的方法研究了量子点的演化过程。随着时间的推移 ,量子点发生了两种变化 ,即 Ostwald熟化过程和量子点的生成过程。另外 ,量子点由尖塔状逐渐演化为圆顶状。这种形状的变化可以用晶体生长模型进行解释。通过分析量子点样品的发光光谱 ,发现了两种发光机制 ,一种是零维量子点激子的发光 ,另一种是二维激子的发光。随着量子点生长完毕与加盖层之间间隔时间的增加 ,零维激子对二维激子发光的比值增加 ,且发光峰位明显红移。这从另一方面验证了由原子力显微镜直接观测到的量子点的演化过程     

锗硅双层量子点的光电流特性

在分子束外延 (MBE)系统上用自组织方式生长了硅基双层锗量子点结构 ,并对样品进行光电流谱的测试。通过调节不同外加偏压来改变量子点中的费米能级位置 ,量子点中载流子所处束缚能级将随之发生变化 ,所得到的光电流谱的峰位也将因此而改变。由光电流谱得到的实验结果与常规的光致发光谱的结果相吻合。与单层锗量子点结构相比 ,双层结构的样品在光电特性上有着明显不同 :光电流谱中 ,在 0 .767e V及 0 .869e V处出现了两个峰 ,分别对应于载流子在不同的量子点层中的吸收。用这种结构的样品制成的红外光探测器能够同时对两种不同波长的光进行探测响应     

利用ArF准分子激光退火获得小锗量子点的研究

使用ArF准分子激光脉冲对UHV/CVD条件下生长的Ge量子点进行退火处理,获得了底宽为20～25nm的光致量子点(LIQD),远小于退火前的量子点大小.LIQD的密度约为6×1010cm-2.分析表明,在ArF准分子激光脉冲作用下,退火样品只有表面扩散,并没有体扩散.激光脉冲对表面Ge原子的扩散控制导致了Ge量子点形貌发生了巨大的改变.该方法为获得高密度小尺寸的Ge量子点提供了新的途径.采用原子力显微镜对光致量子点的表面形貌进行了研究.     

Resonant Tunneling through Monolayer Si Colloidal Quantum Dots and Ge Nanocrystals

Resonant tunneling through a 4 nm nanocrystal Ge (nc‐Ge) layer and a 2.4 nm monolayer of Si colloidal quantum dots (QD) is achieved with 0.7 nm amorphous Al₂O₃ (a‐Al₂O₃) barriers. The nc‐Ge resonant tunneling diode (RTD) demonstrates a peak‐to‐valley current ratio (PVCR) of 8 and a full width at half maximum (FWHM) of 30 mV at 300 K, the best performance among RTDs based on annealed nanocrystals. The Si QD RTD is first achieved with PVCRs up to 47 and FWHMs as small as 10 mV at room temperature, confirming theoretically expected excellences of 3D carrier confinements. The high performances are partially due to the smooth profile of nc‐Ge layer and the uniform distribution of Si QDs, which reduce the adverse influences of many‐body effects. More importantly, carrier decoherence is avoided in the 0.7 nm a‐Al₂O₃ barriers thinner than the phase coherence length (≈1.5 nm). Ultrathin a‐Al₂O₃ also passivates well materials and suppresses leakage currents. Additionally, the interfacial bandgap of ultrathin a‐Al₂O₃ is found to be similar to the bulk, forming deep potential wells to sharpen transmission curves. This work can be easily extended to other materials, which may enable resonant tunneling in various nanosystems for diverse purposes.     

利用ArF准分子激光退火获得小锗量子点的研究

使用ArF准分子激光脉冲对UHV/CVD条件下生长的Ge量子点进行退火处理,获得了底宽为20～25nm的光致量子点(LIQD),远小于退火前的量子点大小.LIQD的密度约为6×1010cm-2.分析表明,在ArF准分子激光脉冲作用下,退火样品只有表面扩散,并没有体扩散.激光脉冲对表面Ge原子的扩散控制导致了Ge量子点形貌发生了巨大的改变.该方法为获得高密度小尺寸的Ge量子点提供了新的途径.采用原子力显微镜对光致量子点的表面形貌进行了研究.     

多层Ge量子点的生长及其光学特性

用超高真空化学气相淀积系统在Si(1 0 0 )衬底上生长了多层Ge量子点.分别用TEM和AFM分析了埋层和最上层量子点的形貌和尺寸,研究了量子点层数和Si隔离层厚度对上层Ge量子点的形状和尺寸分布的影响.观察到样品的低温PL谱线有明显蓝移(87meV) ,Ge量子点的PL谱线的半高宽度(FWHM )为46meV ,说明采用UHV/CVD生长的多层量子点适合量子光电器件的应用     

硼原子对Si(100)衬底上Ge量子点生长的影响

研究了硼原子对 Si( 1 0 0 )衬底上 Ge量子点自组织生长的影响 .硼原子的数量由 0单原子层变到 0 .3单原子层 .原子力显微镜的观察表明 ,硼原子不仅对量子点的大小 ,而且对其尺寸均匀性及密度都有很大影响 .当硼原子的数量为 0 .2单原子层时 ,获得了底部直径为 60± 5nm,面密度为 6× 1 0 9cm- 2 ,且均匀性很好的 Ge量子点 .另外 ,还简单讨论了硼原子对 Ge量子点自组织生长影响的机制 .     

Exceptional Catalytic Nature of Quantum Dots for Photocatalytic Hydrogen Evolution without External Cocatalysts

The catalytic nature of semiconducting quantum dots (QDs) for photocatalytic hydrogen (H₂) evolution can be thoroughly aroused, not because of coupling with external cocatalysts, but through partially covering controlled amount of ZnS shell on the surface. Specifically, CdSe QDs, with an optimal coverage of ZnS (≈46%), can produce H₂ gas with a constant rate of ≈306.3 ± 21.1 µmol mg^?1 h^?1 during 40 h, thereby giving a turnover number of ≈(4.4 ± 0.3) × 10⁵, which is ≈110‐fold to that of unmodified CdSe QDs under identical conditions. The performance of H₂ evolution is comparable to or even better than the commonly used external cocatalysts, e.g., metal complexes, noble metals assisted photosystems. Mechanistic insights indicate that the dramatically enhanced activity and stability of bare QDs for photocatalytic H₂ production are derived from (i) inhibiting exciton annihilation at trap states, (ii) preventing the photo‐oxidation of core frameworks, and (iii) retaining tunneling efficiencies of photogenerated electrons and holes to reactive sites with partial ZnS coverage.