Al液滴在GaAs表面的熟化行为研究

发布时间：2022-01-05 09:49

　　为探究Al液滴在GaAs表面的熟化行为,利用液滴外延法在GaAs衬底表面制备Al液滴。在零As压环境下,通过控制退火时间有效控制Al液滴的生长、成核。结合热力学原理和晶体生长理论对样品形貌变化现象进行物理解释,构建出液滴形貌变化过程中熟化、刻蚀和扩散行为的基本模型。理论计算表明,液滴在熟化行为达到退火239 s的平衡点后,被向下刻蚀和向外扩散两个行为同时消耗。 

【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(10)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

(a～e)不同退火时间(0 s, 120 s, 300 s, 420 s, 600 s)下Al液滴形貌变化;(f)各退火时间下Al液滴形貌线度分析图

2.1 Al液滴的形貌演变分析图1(a)～(e) 为2 000 nm×2 000 nm的样品表面AFM照片,从图中可以看出,零As压环境下,Al液滴在GaAs衬底表面上经不同退火时间呈现出不同的形貌。衬底表面在退火0 s时出现大小不一的Al液滴;退火120 s时出现小纳米孔,且液滴变大;退火300 s时液滴数量明显减少,出现较大纳米孔;退火420 s时只存在几个大液滴,纳米孔数量增加;退火时间达600 s的衬底表面只存在纳米孔。衬底表面液滴与纳米孔具体数量占比可从图2看出,随着退火时间的增加,纳米孔数量占比逐渐增加,液滴数量占比逐渐减少,直至液滴全部消失,衬底表面只存在纳米孔。

而汇聚时间越长,液滴尺寸越大,包含Al原子的数量越多,大液滴在完成熟化的同时向下扩散,对衬底刻蚀形成如图3(b)所示更大更深的纳米孔[18]。对比退火600 s的最大纳米孔(148.8 nm)与退火420 s的最大液滴平均直径(213.5 nm),发现纳米孔直径明显小于液滴直径,如图3(d)所示,这是由于Al液滴熟化过程由热力学非平衡态趋于平衡态过程中,仍具有较高能量向外横向扩散,在液滴边缘处形成盘状结构,使得纳米孔测量高度高于液滴外径,将液滴看作一个球缺,球缺横切“水平面”变高则底面半径变小,此猜想液滴完成熟化的过程中,在向下刻蚀衬底的同时还会向外扩散。综上可推测孔径大小几乎由液滴大小决定,而液滴大小则由液滴熟化至平衡态的时间点(下文称平衡点)决定,但液滴的高度降低,液滴中Al原子的消耗由向下刻蚀衬底和向外扩散两方面因素决定。针对以上推测,下面将利用理论模型进行计算验证。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Al0.17Ga0.83As/GaAs（001）薄膜退火过程的热力学分析[J]. 王一,杨晨,郭祥,王继红,刘雪飞,魏节敏,郎啟智,罗子江,丁召.  物理学报. 2018(08)



本文编号：3570132