環(huán)境濕度及刻蝕溫度對(duì)砷化鎵摩擦誘導(dǎo)納米加工的影響研究.pdf

1、砷化鎵具有優(yōu)良的導(dǎo)電遷移率、低位錯(cuò)、大的禁帶寬度和半絕緣特性，是具有重要應(yīng)用價(jià)值的第二代半導(dǎo)體材料，被大量應(yīng)用于量子點(diǎn)生長(zhǎng)的優(yōu)良襯底。高性能量子器件的實(shí)現(xiàn)取決于其表面量子點(diǎn)成核位置的設(shè)計(jì)及可控加工。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了多種加工砷化鎵襯底圖案的技術(shù)，主要涉及光刻、納米壓印和聚焦離子束等。然而上述幾種方法都有其各自的局限性，加工過(guò)程中會(huì)不同程度地對(duì)砷化鎵帶來(lái)?yè)p傷，導(dǎo)致襯底質(zhì)量下降，降低器件性能。摩擦誘導(dǎo)納米加工技術(shù)提供了砷化鎵表面納米加工的

2、新途徑，可實(shí)現(xiàn)砷化鎵表面量子點(diǎn)成核位置的無(wú)損傷加工。
　　本文研究了不同濕度和刻劃速度對(duì)砷化鎵表面摩擦誘導(dǎo)直接加工的影響，考察了不同溫度下砷化鎵表面摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕特性。借助X-射線光電子能譜(XPS)和透射電子顯微鏡(TEM)等表征設(shè)備對(duì)砷化鎵表面加工區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，闡述了相關(guān)的加工機(jī)理。本論文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)揭示了速度和濕度對(duì)砷化鎵表面摩擦化學(xué)去除的影響規(guī)律
　　在大氣環(huán)境下，控制相同載

3、荷、劃痕長(zhǎng)度和循環(huán)次數(shù)，砷化鎵表面微觀材料去除深度會(huì)隨著刻劃速度的增加而變淺。隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增加，砷化鎵表面微觀材料去除深度逐漸變大;在水下的去除深度達(dá)到最大。
　　(2)闡明了刻劃速度和環(huán)境濕度對(duì)砷化鎵表面摩擦化學(xué)去除的作用機(jī)理
　　利用X-射線光電子能譜對(duì)砷化鎵表面的磨屑分析表明，其成分主要為Ga和As的氧化物;采用高分辨透射電鏡對(duì)砷化鎵表面去除區(qū)域的斷面進(jìn)行觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)明顯的晶格變形。分析表明，砷化鎵表面摩擦化學(xué)去

4、除是在使用活性針尖的情況下，通過(guò)界面成鍵、氧化物形成、氧化物去除一系列過(guò)程實(shí)現(xiàn);刻劃速度越低，越有利于界面間化學(xué)鍵形成，會(huì)促進(jìn)材料去除;而水的存在會(huì)促進(jìn)刻劃區(qū)域的氧化物磨屑溶解，這些磨屑隨著針尖的運(yùn)動(dòng)更易于離開(kāi)表面。
　　(3)揭示了溫度對(duì)砷化鎵表面摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的影響機(jī)制
　　在不同溫度下利用H2SO4-H2O2溶液對(duì)砷化鎵表面進(jìn)行選擇性刻蝕，考察了刻蝕后所形成的凸起高度及砷化鎵表面粗糙度隨刻蝕時(shí)間和刻蝕溫度的變化規(guī)律