论文部分内容阅读
近年来纳米结构由于其独特的物理性质及在电子、光电子和磁性器件上的潜在应用价值而受到人们越来越多的关注。制备纳米结构的方法之一便是自组装生长法，它能够更快、更好地制备出比常规的平版刻蚀技术更小的纳米结构。
几年以前，人们就发现稀土金属在Si(001)表面可以通过自组装生长获得纳米结构。通过实验，我们知道将稀土金属沉积到Si(001)衬底上然后在300～900~C之间退火便可获得稀土金属硅化物纳米结构。稀土金属原子可与Si原子发生化学反应生成硅化物，这个反应甚至在室温下就可以进行，但比较缓慢。退火温度高于临界值400℃时，在Si表面就会形成Er硅化物的稳定相。那么对于硅化物纳米结构的形成过程，稀土金属原子、Si 原子都扮演什么样的角色呢?这不仅是科学界关注的问题，而且从技术角度来讲，对于控制纳米结构的尺寸、内部晶化结构及表面分布也至关重要。
本文首先介绍了稀土金属Er在Si(001)-4°斜切表面纳米结构的生长规律。我们发现，Er 覆盖度、退火温度、退火时间等对其纳米结构的形成都有着很大的影响。对应于不同的退火温度，有不同形状和晶化结构的纳米体系在表面上形成。Er 覆盖度为0.85ML 时，在600～650℃和730～750℃退火温度下，纳米线和正方形纳米岛会分别在表面上出现。在600～650℃条件下退火，低覆盖度(0.07ML～1.14ML)时形成纳米线，而在高覆盖度(2.00ML～2.86ML)时则形成长方形纳米岛。高覆盖度常导致高密度的初始成核，并可能在纳米线中引入缺陷，从而使纳米线变短变宽。在纳米线生长的末阶段，长的纳米线继续长长而短的纳米线减少，出现了成熟化的现象，这个过程也受到应变和纳米线之间的合并所影响。
为了进一步研究Si 在Er纳米体系生长过程中的作用，我们在向衬底沉积Er的过程中加入Si的蒸发，并采取了不同的生长方式。实验结果表明向衬底蒸发的Si原子主要影响纳米结构生长的初始阶段，可增加表面的硅化铒凝聚核，从而延缓了纳米线变成正方纳米岛的生长过程，并且使Si衬底保留了清洁Si(001)面的台阶形貌。