La/Si(111)界面与LaSi 2 薄膜的外延生长及其物性研究
发布时间：2024-01-20 11:10
金属-半导体界面为半导体材料科学、界面物理化学、低维物理、薄膜制备和超导研究提供了理想的研究平台。金属和半导体形成的异质结是半导体器件的基础。界面上缺陷的形成与扩散、电子结构的改变、化学反应等行为能衍生出一系列有趣的物理现象。通过改变半导体表面金属的沉积量,可以观测金属体系在不同维度下的量子效应。甚至超导材料,在依托金属(超导体)-半导体界面构型后,也展现出了新奇的物理特性,如量子尺寸效应、超导特性的调控等。因此,金属-半导体界面体系对于新奇物理现象的探索具有重要意义。在本论文的工作中,我们主要利用了分子束外延技术、变温扫描隧道显微术(扫描隧道谱)和第一性原理计算,研究了金属镧(La)和半导体硅(Si)界面之间的反应过程和物理性质,包括界面重构、硅化物薄膜生长、电子结构和超导特性。通过在高温的Si(111)7×7衬底上沉积亚单层的La,金属La和表面的Si发生反应,在表面形成一系列的重构,且重构随La覆盖度的增加发生演化。在覆盖度为0.2 ML[指体相Si(111)截止面的表面原子密度1 ML=7.8×1014/cm-2]时,表面形成5×2重...
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 亚单层沉积量下金属引起的Si(111)表面的重构
1.1.1 金属诱导的Si(111)表面重构
1.1.2 电子计数模型
1.1.3 REM/Si(111)表面重构
1.2 稀土金属硅化物的制备方法
1.3 薄膜超导电性
1.3.1 BCS理论
1.3.2 超导薄膜的特性
1.4 稀土金属硅化物的超导电性
1.5 论文结构
第2章 实验技术
2.1 超高真空技术
2.2 分子束外延技术(MBE)
2.3 反射式高能电子衍射(RHEED)
2.4 低能电子衍射(LEED)
2.5 扫描隧道显微技术(STM)
2.5.1 STM基本原理
2.5.2 STM基本构造与低温强磁场技术的结合[143-145]
2.5.3 扫描隧道谱(STS)
2.5.4 针尖的制作与处理
2.6 X射线光电子能谱(XPS)
2.7 密度泛函理论(DFT)
2.8 实验仪器介绍
2.9 其它相关实验技术
2.9.1 PPMS
2.9.2 ARPES
第3章 金属La诱导的Si(111)表面的准一维重构
3.1 研究背景
3.2 实验方法
3.3 实验结果与分析
3.3.1 5×2重构的原子排布与电子结构
3.3.2 2×3重构的原子排布与电子结构
3.3.3 (2m+1)×6重构
3.3.4 讨论
3.4 本章小结
第4章 界面效应对LaSi2(112)/Si(111)超导电性的影响
4.1 研究背景
4.2 实验方法
4.3 实验结果与分析
4.3.1 LaSi2(112)的外延生长和结构表征
4.3.2 薄膜超导电性的测量
4.3.3 STM/STS揭示LaSi2薄膜的强耦合特性
4.3.4 应力对超导电性的增强效应
4.3.5 界面对超导电性的压制作用
4.4 本章小结
第5章 LaSi2(112)薄膜电子结构的研究
5.1 背景介绍
5.2 实验方法
5.3 实验结果与分析
5.3.1 XPS与DFT对La与Si反应前后电子态的研究
5.3.2 输运测量LaSi2的载流子类型
5.3.3 电子态密度(DOS)的计算
5.3.4 能带结构的测量和计算
5.4 本章小结
第6章 论文总结与展望
6.1 论文总结
6.2 论文展望
6.2.1 La/Si(111)-31/2× 31/2重构
6.2.2 LaSi2的不同截止面
6.2.3 CeSi2的制备与物性测量
6.2.4 重费米子体系的探索
参考文献
附录 水与NiO(111)小面相互作用的膜厚调控研究
S.1 背景介绍
S.2 实验方法
S.3 结果与分析
S.3.1 具有小面结构的NiO(111)薄膜的制备和结构表征
S.3.2 水与不同厚度具有小面结构NiO(111)表面的相互作用
S.3.3 水与NiO(001)表面的相互作用
S.3.4 分析与讨论
S.4 小结
附录 参考文献
个人简历及发表文章目录
致谢
本文编号：3880731
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 亚单层沉积量下金属引起的Si(111)表面的重构
1.1.1 金属诱导的Si(111)表面重构
1.1.2 电子计数模型
1.1.3 REM/Si(111)表面重构
1.2 稀土金属硅化物的制备方法
1.3 薄膜超导电性
1.3.1 BCS理论
1.3.2 超导薄膜的特性
1.4 稀土金属硅化物的超导电性
1.5 论文结构
第2章 实验技术
2.1 超高真空技术
2.2 分子束外延技术(MBE)
2.3 反射式高能电子衍射(RHEED)
2.4 低能电子衍射(LEED)
2.5 扫描隧道显微技术(STM)
2.5.1 STM基本原理
2.5.2 STM基本构造与低温强磁场技术的结合[143-145]
2.5.3 扫描隧道谱(STS)
2.5.4 针尖的制作与处理
2.6 X射线光电子能谱(XPS)
2.7 密度泛函理论(DFT)
2.8 实验仪器介绍
2.9 其它相关实验技术
2.9.1 PPMS
2.9.2 ARPES
第3章 金属La诱导的Si(111)表面的准一维重构
3.1 研究背景
3.2 实验方法
3.3 实验结果与分析
3.3.1 5×2重构的原子排布与电子结构
3.3.2 2×3重构的原子排布与电子结构
3.3.3 (2m+1)×6重构
3.3.4 讨论
3.4 本章小结
第4章 界面效应对LaSi2(112)/Si(111)超导电性的影响
4.1 研究背景
4.2 实验方法
4.3 实验结果与分析
4.3.1 LaSi2(112)的外延生长和结构表征
4.3.2 薄膜超导电性的测量
4.3.3 STM/STS揭示LaSi2薄膜的强耦合特性
4.3.4 应力对超导电性的增强效应
4.3.5 界面对超导电性的压制作用
4.4 本章小结
第5章 LaSi2(112)薄膜电子结构的研究
5.1 背景介绍
5.2 实验方法
5.3 实验结果与分析
5.3.1 XPS与DFT对La与Si反应前后电子态的研究
5.3.2 输运测量LaSi2的载流子类型
5.3.3 电子态密度(DOS)的计算
5.3.4 能带结构的测量和计算
5.4 本章小结
第6章 论文总结与展望
6.1 论文总结
6.2 论文展望
6.2.1 La/Si(111)-31/2× 31/2重构
6.2.2 LaSi2的不同截止面
6.2.3 CeSi2的制备与物性测量
6.2.4 重费米子体系的探索
参考文献
附录 水与NiO(111)小面相互作用的膜厚调控研究
S.1 背景介绍
S.2 实验方法
S.3 结果与分析
S.3.1 具有小面结构的NiO(111)薄膜的制备和结构表征
S.3.2 水与不同厚度具有小面结构NiO(111)表面的相互作用
S.3.3 水与NiO(001)表面的相互作用
S.3.4 分析与讨论
S.4 小结
附录 参考文献
个人简历及发表文章目录
致谢
本文编号：3880731
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