用導電原子力顯微鏡研究鍺硅量子點和量子環(huán)的形貌和電學特性.pdf

1、摘W用導電原子力顯微鏡研究鍺硅量子點和量子環(huán)的形貌和電學特性系別：物理堂丕專業(yè)：趟塞奎物理姓名：昱苤導IJili三迅麴撞揚塹蘊副教授摘要以半導體量子點為代表的半導體納米結構在光電子、微電子和單電子器件領域有著重要的應用前景，在硅襯底上自組織生長的GeSi量子點由于與成熟的硅集成電路工藝兼容而更具有特殊的意義，是當前的研究熱點之一。而量子點的量子物理特性是構筑許多納米電子器件及單電子器件的基礎，因而在納米尺度上研究單個量子點的電學性質(zhì)極為

2、重要。導電原子力顯微鏡(CAFM)是近年來發(fā)展起來的一種掃描探針顯微鏡，它能同時得到樣品表面納米尺度的形貌信息和電學信息。因而CAFM可以用來表征單個量子點的微結構及其物理特性，從而為材料的控制生長和應用提供依據(jù)。本論文使用CAFM研究了自組織生長的GeSi量子點和GeSi量子環(huán)的形貌和電學性質(zhì)，主要取得了以下結果：l、研究了樣品表面的自然氧化物對量子點電學性質(zhì)的影響。通過分析IV特性曲線，根據(jù)針尖與量子點之間自然氧化物的存在與否將針尖

3、與量子點間的接觸分為兩種類型：金屬一半導體接觸和金屬一氧化物一半導體接觸，它們對應的電流傳導機制分別為熱電子發(fā)射和FN隧穿。通過對電流分布圖像分析獲知，電流分布并不隨著施加正壓力的大小而改變分布特性；同時，電流分布也不隨著暴露時間延長而增加的氧化物厚度改變。這就為在大氣環(huán)境下使用CAFM研究電流分布圖像的可靠性提供了基本的依據(jù)。2、研究了偏壓對CAFM得到的GeSi量子點的電流分布圖像影響。在較小的偏壓05～20V內(nèi)，量子點的電流分布特

4、征保持環(huán)狀，量子點中心部位的導電性弱于邊緣部位。量子點區(qū)域的電流值統(tǒng)計表明，其符合對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)，遵從正態(tài)分布的隨機變量的均值Io和偏壓的關系滿足FN隧穿關系；偏壓增加至2540V范圍內(nèi)，量子點的電流分布特征呈圓盤狀，量子點中心的導電性比邊緣好。電流值的統(tǒng)計圖中顯示出多元對數(shù)正態(tài)分布特征。第一均值Io和偏壓的增長關系符合熱電子發(fā)射模型，在高偏壓下量子點中心電流值出現(xiàn)了飽和現(xiàn)●●●●AbstractAbstractSemiconduct

5、orquantumdots(QDs)havereceivedconsiderableattentionbecauseoftheirpotentialapplicationsinphotoelectron，microelectronicsandsingleelectrondevicesSelf_aSsembleGeSiQDshaveoneofmajoradvantagesofitscompatibilitywithconventional

6、SiintegratedcircuittechnologyThequantumpropertiesofquantumdotsareessentiallyimportanttotheapplicationofmostnanoorsingleelectrondevicesConductiveatomicforcemicroscopy(CAFM)isapromisingtechniquecapableofsimultaneoustopogra

7、phicandconductancemeasurementsovernanocontactareaMicrostructureandphysicalpropertiesofindividualQDobtainedbyCAFMwillbeusefulforcontrollinggrowthandapplicationofQDsUndertheabovebackgroundthisthesisisfocusedontopographican

8、dconductancepropertiesofindividualQDsandquantumrings(QRs)andincludesthefollowingfourparts：ThefustpartisinvestigatingtheeffectsofnativeoxidelayerontheCAFMmeasurementsofGeSiQDsAfterexposedinambientthecurrent—voltagecurveso

9、fthequantumdotscanbewellfittedbyFowlerNordheimtunnelingmodelduetotheinevitablenativeoxidelayerwhereasSchottkyemissionmodelcanbeexplainedtheIVcharacteristicswellaftertheoxidelayerwasremovedbyHFetchingIVcharacteristicswere

10、alsoaffectedbytheappliednormalforce，sinceitcallchangetheeffectiveoxidelayerthicknessHoweverdespiteofthestrongeffectofnativeoxidelayerontheconductiveproperties，thecurrentdistributionsofindividualQDsremainalmostthesameasth

11、eoxidelayerthicknesschangedbyIIFetchingordifferentnormalforcesappliedThusourresultsprovideimportantevidencetotheapplicationofCAFManalysistechniqueinambientThesecondpartisthestudingtheeffectsofappliedbiasonthecurrentdistr

12、ibutionofinvidualGeSiQDsThecurrentdistributionofQDsholdsringlikecharacteristicsunder05～20biasandthestatisticofcurrentmagnitudecanbewellfittedbylognormaldistributionTherelationofhistogrampeakpositionandappliedbiasinthisfi

13、eldshowsagoodFNtunnelingfittingThecurrentdistributionofQDsshowsdisklikecharacteristicsunder25“40biasandcentralpartofQDishighconductiveThestatisticofcurrentmagnitudecanbewellfittedbymultivariantlognormaldistributionTherel