量子点的形成对Si/Ge界面互扩散的影响

在Si(100)衬底上低温生长了一层完全应变的Ge层,高温退火形成量子点.我们用喇曼光谱研究了量子点形成时Si/Ge界面的互扩散现象,实验表明量子点的形成伴随着Si/Ge原子之间的互扩散,通常在Si衬底上形成的是SiGe合金量子点,而不是纯Ge量子点.     

Ge/Si(100)界面互扩散的喇曼光谱

利用喇曼光谱研究了不同温度下在Si(100)衬底上异质外延Ge层由于扩散引起的Ge/Si异质结界面互混以及表面活化剂Sb对其的影响.结果表明表面活化剂Sb的存在大大抑制了界面的互扩散,在650℃下也没有观察到明显的界面互混.没有Sb时,在500℃下已存在一定程度的界面互混,界面互混程度随外延层生长温度的增高而增强.这种互扩散的差别与成岛生长时应变释放有关     

Ge/Si(100)界面互扩散的喇曼光谱

利用喇曼光谱研究了不同温度下在Si(100)衬底上异质外延Ge层由于扩散引起的Ge/Si异质结界面互混以及表面活化剂Sb对其的影响.结果表明表面活化剂Sb的存在大大抑制了界面的互扩散,在650℃下也没有观察到明显的界面互混.没有Sb时,在500℃下已存在一定程度的界面互混,界面互混程度随外延层生长温度的增高而增强.这种互扩散的差别与成岛生长时应变释放有关.     

Si(001)斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长

研究了Si(001)面偏[110]方向6°斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长.实验结果表明,在Si(001)6°斜切衬底上固相外延生长Ge量子点的最佳退火温度为640℃,在斜切衬底上成岛生长的临界厚度低于在Si(001)衬底成岛生长的临界厚度,6°斜切衬底上淀积0.7nm Ge即可成岛,少于Si(001)衬底片上Ge成岛所需的淀积量.从Ge量子点的密度随固相外延温度的变化曲线,得到Ge量子点的激活能为1.9eV,远高于Si(111)面上固相外延Ge量子点的激活能0.3eV.实验亦发现,在Si(001)斜切衬底上固相外延生长的Ge量子点较Si(001)衬底上形成的量子点的热稳定性要好.     

Si(001)斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长

研究了Si(001)面偏[110]方向6°斜切衬底上Ge量子点的固相外延生长.实验结果表明,在Si(001)6°斜切衬底上固相外延生长Ge量子点的最佳退火温度为640℃,在斜切衬底上成岛生长的临界厚度低于在Si(001)衬底成岛生长的临界厚度,6°斜切衬底上淀积0.7nm Ge即可成岛,少于Si(001)衬底片上Ge成岛所需的淀积量.从Ge量子点的密度随固相外延温度的变化曲线,得到Ge量子点的激活能为1.9eV,远高于Si(111)面上固相外延Ge量子点的激活能0.3eV.实验亦发现,在Si(001)斜切衬底上固相外延生长的Ge量子点较Si(001)衬底上形成的量子点的热稳定性要好.     

在Si和Ge衬底上用分子束外延生长HgCdTe

在当前大规模红外焦平面器件的研制中,高性能器件的制备需要高质量、大面积、组分均匀的碲镉汞材料。衬底和外延材料的晶格失配导致了大量的位错增殖,严重影响红外焦平面器件的工作性能。本文对各种衬底进行了比较,并对Si基和Ge基上的外延碲镉汞材料的生长工艺及性能进行了调研和评价。     

Ge/Si量子阱结构的C-V特性的模拟

采用有限深对称方势阱近似模型求解薛定谔方程得到Ge/Si量子阱中的子能级分布,并基于迭代法数值求解泊松方程模拟计算了量子阱结构样品在不同偏压下的载流子浓度分布和C-V特性.C-V曲线上电容平台的存在是量子阱结构C-V特性的显著特征,它与量子阱结构参数有密切的关系.随着覆盖层厚度的减小,C-V曲线上平台起始点的电容值增加,并且向低电压方向移动直至其消失.随着量子阱中的掺杂浓度提高,阱中的载流子浓度也会相应增加,那就需要更高的外加电压才能耗尽阱中的载流子,因此平台宽度也就随着掺杂浓度的增加而增加.当覆盖层厚度增加时,由于电压的分压作用,使得降在量子阱上的分压相应减少,因此需要更大的外加偏压才能使阱中载流子浓度全部耗尽,这就使平台的宽度增大.同样地,当覆盖层掺杂浓度增加时,覆盖层中更多的载流子转移到阱内,也就需要更高的外加偏压才能使阱中载流子全部耗尽,平台的宽度也就随之增大.     

Ge/Si量子阱结构的C-V特性的模拟

采用有限深对称方势阱近似模型求解薛定谔方程得到Ge/Si量子阱中的子能级分布,并基于迭代法数值求解泊松方程模拟计算了量子阱结构样品在不同偏压下的载流子浓度分布和C-V特性.C-V曲线上电容平台的存在是量子阱结构C-V特性的显著特征,它与量子阱结构参数有密切的关系.随着覆盖层厚度的减小,C-V曲线上平台起始点的电容值增加,并且向低电压方向移动直至其消失.随着量子阱中的掺杂浓度提高,阱中的载流子浓度也会相应增加,那就需要更高的外加电压才能耗尽阱中的载流子,因此平台宽度也就随着掺杂浓度的增加而增加.当覆盖层厚度增加时,由于电压的分压作用,使得降在量子阱上的分压相应减少,因此需要更大的外加偏压才能使阱中载流子浓度全部耗尽,这就使平台的宽度增大.同样地,当覆盖层掺杂浓度增加时,覆盖层中更多的载流子转移到阱内,也就需要更高的外加偏压才能使阱中载流子全部耗尽,平台的宽度也就随之增大.     

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(100)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6×109cm-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.     

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 .     

自组织量子点的优化生长

在不同生长条件下,生长低组分InGaAs/GaAs自组织量子点并且使用接触式AFM进行测量.通过对生长条件的优化,得到高密度、高均匀性的量子点MBE生长条件,这对于自组织量子点在器件方面的应用,比如量子点红外探测器和量子点激光器,是非常重要的.同时,还与优化的InAs/GaAs生长条件进行了比较.     

自组织量子点的优化生长

在不同生长条件下,生长低组分InGaAs/GaAs自组织量子点并且使用接触式AFM进行测量.通过对生长条件的优化,得到高密度、高均匀性的量子点MBE生长条件,这对于自组织量子点在器件方面的应用,比如量子点红外探测器和量子点激光器,是非常重要的.同时,还与优化的InAs/GaAs生长条件进行了比较.     

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.     

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.     

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.     

Core/Shell Quantum Dots Solar Cells

Semiconductor nanocrystals, the so‐called quantum dots (QDs), exhibit versatile optical and electrical properties. However, QDs possess high density of surface defects/traps due to the high surface‐to‐volume ratio, which act as nonradiative carrier recombination centers within the QDs, thereby deteriorating the overall solar cell performance. The surface passivation of QDs through the growth of an outer shell of different materials/compositions called “core/shell QDs” has proven to be an effective approach to reduce the surface defects and confinement potential, which can enable the broadening of the absorption spectrum, accelerate the carrier transfer, and reduce exciton recombination loss. Here, the recent research developments in the tailoring of the structure of core/shell QDs to tune exciton dynamics so as to improve solar cell performance are summarized. The role of band alignment of core and shell materials, core size, shell thickness/compositions, and interface engineering of core/thick shell called “giant” QDs on electron–hole spatial separation, carrier transport, and confinement potential, before and after grafting on the carrier scavengers (semiconductor/electrolyte), is described. Then, the solar cell performance based on core/shell QDs is introduced. Finally, an outlook for the rational design of core/shell QDs is provided, which can further promote the development of high‐efficiency and stable QD sensitized solar cells.     

MBE自组装量子点生长和结构形态研究

综述了对自组装量子点形态和生长过程所做的探讨和研究。介绍了关于量子点成核和形态的热力学理论、量子点生长过程的计算机模拟及Ge/Si(001)和InAs/GaAs(001)量子点生长和形态的实验观察。鉴于InAs/GaAs(001)体系的复杂性,把对InAs量子点的观察和研究分为"微观"和"宏观"两种。微观研究对象包括量子点原子尺度上的结构、量子点表面小晶面的晶体学的精确取向等,这些性质可能受热运动的影响比较大,在一定程度上是随机的,它们代表了量子点生长行为的复杂性;宏观研究的对象是指量子点密度、纳米尺度形态等大量粒子统计意义上的集体行为,这些性质和行为可能更具有实际意义。因此作者认为,目前研究量子点生长和形态更为有效的方法应该是探寻以量子点宏观行为所表征的简单性。重点介绍中科院半导体所半导体材料重点实验室最近所做的对InAs/GaAs(001)量子点生长过程的实验观察。结果表明,在一般生长条件下(富As,500℃,0.1ML/s),InAs量子点成核和生长应该都是连续的,没有经历被普遍认为的不连续(一级)相变。按照作者的观察,把InAs量子点成核看作是连续(二级)相变更为贴切。