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本文利用FJL560Ⅲ型超高真空磁控与离子束联合溅射设备的离子束溅射室内制备Ge/Si量子点样品,利用AFM和Raman光谱对样品表面形貌和结构进行表征、以自组装S-K(Stranski-Krastanov)生长模式的热力学及动力学理论为基础,详细分析了生长条件对量子点形貌、密度、尺寸、组分等分布的影响,首次用离子束溅射的方法生长出密度高、尺寸均匀、满足器件材料所需的高质量量子点。具体围绕以下几个方面开展工作：
⑴通过在不同温度的Si(100)衬底上生长了一系列Ge量子点样品,利用AFM和Raman光谱对样品表面形貌和结构进行表征,研究生长温度对Ge量子点生长的影响,结果表明：随着温度升高,量子点密度增大(750℃生长的量子点密度达到1.85×1010cm-2),均匀性变好及结晶性增强;但随生长温度升高,Si-Ge互混程度也同时加剧。获得了离子束溅射生长高质量Ge量子点的最佳温度。
⑵通过控制沉积量、温度等参数,在n型Si(100)衬底上自组装生长了一系列Ge量子点样品,利用AFM和Raman光谱对样品表面形貌和结构进行表征,并研究浸润层随生长参数的变化情况。结果表明,在离子束溅射方法生长Ge/Si量子点的过程中,浸润层的厚度并非理论上的4-6 ML,而是约为8-11ML;而且低温下生长的浸润层厚度要大于高温下生长的浸润层厚度。当Ge从二维生长转变为三维生长后,在相同的Ge沉积量条件下,高温生长的量子点密度要远大于低温生长的密度,且高温生长量子点的尺寸要小于低温生长的量子点尺寸。
⑶通过改变Ge的沉积量,在n型Si(100)衬底上自组装生长了一系列Ge量子点样品。利用AFM和Raman光谱对样品表面形貌和结构进行表征,系统地研究了Ge量子点形貌、密度、尺寸大小以及Ge的结晶性和量子点中组分等随Ge沉积量的演变规律。结果表明：Ge层从二维薄层向三维岛过渡过程中,没有观察到传统的由金字塔形向圆顶形量子点过渡,而是直接呈圆顶形生长；且随着Ge沉积量的增加,量子点密度先增大后减小,Ge的结晶性增强同时Ge/Si互混加剧,量子点中Si的组分增加。
⑷通过对Si(100)衬底生长的Ge量子点样品上覆盖不同的厚度的Si,通过AFM观察表面形貌和Raman光谱结构表征,研究700℃覆盖不同厚度的Si对Ge量子点表面原子吸附行为的影响以及量子点形貌、尺寸和组分等变化情况。结果表明,在覆盖过程没有观察到量子点形貌有明显的由圆顶形像金字塔形反转,量子点中Ge组分基本没有改变,但量子点高度降低,直径增大,高宽比减小。