高质量Ge量子点的离子束溅射研究

发布时间：2017-06-17 13:01

  本文关键词：高质量Ge量子点的离子束溅射研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当Ge量子点的尺寸小于或接近其激子波尔半径(24.3nm)时,会产生显著的量子限制效应、量子隧穿效应、非线性光学效应等一系列量子效应,使其光电性能区别于体材料而发生奇特的变化,因此Ge量子点在探测器、激光器、存储器等光电子器件中有着重要的应用；此外,Ge量子点还可以与成熟的硅集成电路工艺很好的兼容,这也使得Ge量子点成为光电子、微电子研究领域中的热点之一。本论文采用离子束溅射技术进行了高质量Ge量子点的生长研究,通过优化实验参数得到了高结晶性、高均匀性的Ge量子点。实验采用离子束溅射技术生长高质量Ge量子点,通过控制Si缓冲层的生长温度和Ge层的沉积厚度,研究Ge量子点的生长演变规律。实验结果表明：当Si缓冲层生长温度达到800℃时可以在298 cm-1观察到c-Ge-Ge振动峰,这主要来源于晶态Ge的横向光学振动峰；在此基础上控制Ge的沉积厚度,研究发现当Ge的沉积厚度为2.5 nm时Ge量子点密度大、尺寸小。对Ge量子点的结晶性和均匀性进行分析,实验表明：当Si缓冲层生长温度为700℃时,Ge和Si的结晶度分别为43%和64%,Ge量子点高度和宽度的标准偏差为3.53 nm和10.71 nm,在2μm×2μm内空间分布均匀度为58.8%；当Si缓冲层的生长温度升高到800℃,Ge和Si的结晶度分别为66%和89%；Ge量子点高度和宽度的标准偏差为2.49 nm和7.37 nm,空间分布均匀度为64.56%,说明当Si缓冲层的生长温度为800℃时Ge量子点的结晶性和均匀性都得到提高。改变Si缓冲层的生长方式,分别在500℃、600℃、700℃、800℃下进行停顿生长,实验结果表明：随着Si缓冲层生长温度提高,Si缓冲层的平整度变好；在800℃时Si缓冲层已经没有非晶波包,所以在800℃停顿生长可以改善Si缓冲层的结晶性；另外,通过改变停顿生长的次数,发现停顿3次时Ge量子点密度增加,并且Ge层的生长可以影响Si缓冲层的结晶性。退火工艺有助于提高Ge量子点的结晶性和均匀性。对800℃生长的Si缓冲层进行不同时间的原位退火,研究发现增加Si缓冲层原位退火时间可以使Ge和Si的结晶度增加到71%和94%,说明增加Si缓冲层的原位退火时间可以提高Si和Ge的结晶性；对Ge层进行不同时间的原位退火,发现随Ge原位退火时间的增加,Ge点尺寸的标准偏差逐渐减小,均匀度增加到91.89%,Ge的结晶度提高到88%,说明Ge层原位退火时间的增加可以使Ge量子点的均匀性提高,结晶性变好。研究高温快速热退火对Ge量子点的影响,实验结果表明高温快速热退火可以提高Si缓冲层的结晶性,但发现Ge量子点的形貌发生了很大的变化,出现了一些纳米坑结构,这归因于在快速热退火过程中Ge原子在量子点中发生了耗尽、扩散、迁移的过程。
【关键词】：Ge量子点 离子束溅射 结晶性 均匀性
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.431;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 Ge/Si量子点的生长机理10-13
• 1.2.1 半导体的外延生长模式10-11
• 1.2.2 Ge/Si量子点的生长模式11-13
• 1.3 Ge/Si量子点的优势及应用前景13
• 1.4 实验室前期对Ge/Si量子点的研究工作13-15
• 1.5 论文课题、研究目的和主要内容15-17
• 1.6 论文创新处17-18
• 第二章 实验仪器和表征方法18-22
• 2.1 实验仪器简介18-20
• 2.1.1 离子束溅射设备简介18
• 2.1.2 离子束溅射工作原理简介18-20
• 2.2 表征技术20-22
• 2.2.1 原子力显微镜20
• 2.2.2 拉曼光谱仪(Raman)20-21
• 2.2.3 傅立叶变换红外光谱(FTIR)21-22
• 第三章 离子束溅射Ge量子点的生长研究22-37
• 3.1 引言22-23
• 3.2 实验过程23
• 3.3 实验结果与讨论23-36
• 3.3.1 Si缓冲层的生长温度对Ge量子点生长的影响23-27
• 3.3.2 不同Ge沉积厚度对Ge量子点生长的影响27-31
• 3.3.3 Ge量子点结晶性和均匀性分析31-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 停顿生长对Ge量子点的生长影响37-42
• 4.1 引言37
• 4.2 实验过程37-38
• 4.3 实验结果与讨论38-41
• 4.3.1 不同温度停顿生长对Si缓冲层的影响38-39
• 4.3.2 不同停顿次数对Ge量子点的影响39-41
• 4.4 本章小结41-42
• 第五章 退火工艺对Ge量子点生长的影响研究42-56
• 5.1 引言42
• 5.2 实验过程42-43
• 5.3 实验结果及其讨论43-55
• 5.3.1 Si缓冲层的原位退火时间对Ge量子点的生长影响43-46
• 5.3.2 Ge层原位退火时间对Ge量子点的生长影响46-51
• 5.3.3 快速热退火对Ge量子点的影响51-54
• 5.3.4 Ge量子点的光学性质分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-59
• 6.1 总结56-58
• 6.2 展望58-59
• 参考文献59-68
• 附录 硕士期间发表的文章及参与项目68-69
• 致谢69

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 季雷华;高素莲;张斌;;量子点的合成、毒理学及其应用[J];环境化学;2008年05期

2 王富;刘春艳;;发光碳量子点的合成及应用[J];影像科学与光化学;2011年04期

3 伊魁宇;王猛;邵明云;;量子点作为离子探针的分析应用[J];广州化工;2012年11期

4 罗慧;李曦;方婷婷;刘鹏;;量子点的毒性研究进展[J];材料导报;2013年19期

5 田瑞雪;武玲玲;赵清;胡胜亮;杨金龙;;碳量子点的氨基化及其对发光性能的影响[J];化工新型材料;2014年01期

6 ;“量子点”晶体将推动部分物理工艺的进步[J];光机电信息;2002年10期

7 徐万帮;汪勇先;许荣辉;尹端l

本文编号：458350