磷原子的表面偏析與表面磷原子對(duì)鍺量子點(diǎn)自組織生長的影響.pdf

1、關(guān)于Si外延生長過程中雜質(zhì)的偏析行為的研究無論在工業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用還是在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域都是一個(gè)關(guān)鍵性的基礎(chǔ)課題。隨著器件尺寸下降到深亞微米量級(jí)，精確控制摻雜的剖面分布和減小非故意摻雜變得越來越重要。P一直是Si中重要的n型摻雜元素之一，尤其是最近提出了利用P原子掩埋在Si中形成量子計(jì)算單元的構(gòu)想。對(duì)于較低外延生長溫度下P在Si中的偏析的研究較少，因而對(duì)P在Si中的偏析行為進(jìn)行深入研究是非常必要的。論文的第一部分利用同步輻射X射線衍射和小角反射

2、研究了低溫范圍內(nèi)P原子在Si外延生長過程中的偏析行為。同步輻射為光源的X射線散射方法具有光源強(qiáng)度大、深度分辨率高的優(yōu)點(diǎn)。通過在X射線運(yùn)動(dòng)學(xué)理論范圍內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬可以獲得P在Si中的分布并由此得出P在Si中的偏析衰減長度和偏析等效勢壘能。實(shí)驗(yàn)所用的δ摻P樣品是在固源分子束外延系統(tǒng)RiberEVA-32中生長的。我們的結(jié)果表明在生長溫度450℃時(shí)P在Si中的偏析就變得明顯了，偏析長度達(dá)14nm。在350℃以下P的偏析很弱，偏析長度

3、不大于4nm，因此可以獲得陡峭的摻雜界面及實(shí)現(xiàn)δ摻雜結(jié)構(gòu)。由表面擴(kuò)散模型擬合得出P的偏析等效勢壘能為0.43eV。制備小尺寸、高密度、高均勻性、甚至空間有序排列的Ge量子點(diǎn)仍是這種納米結(jié)構(gòu)硅基半導(dǎo)體材料能否應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)之一。十多年來人們探索各種生長方法和工藝以求改進(jìn)Ge量子點(diǎn)的形貌，如低溫生長法，利用表面活化劑(如Sb)來改變Ge量子點(diǎn)的形貌和分布等，但仍未獲令人滿意的結(jié)果。已有研究發(fā)現(xiàn)在化學(xué)氣相沉積過程中添加PH3可以明顯改變Ge