离子束溅射Ge量子点的应变调制生长

杨杰; 王茺; 靳映霞; 李 亮; 陶东平; 杨 宇

doi:10.7498/aps.61.016804

摘要

采用离子束溅射技术制备了单层和双层Ge量子点, 通过原子力显微镜对比了不同Si隔离层厚度和不同掩埋量子点密度情况下表层量子点的尺寸和形貌差异, 系统研究了掩埋Ge量子点产生的应变对表层量子点的浸润层及形核的影响, 并用埋置应变模型对其进行解释. 实验结果表明, 覆盖Ge量子点的Si隔离层中分布着的应变场, 导致表层量子点浸润层厚度的降低, 从而增大点的体积; 应变强度随隔离层厚度的减小而增加, 造成表层量子点形状和尺寸的变化; 此外, 应变还调控了表层量子点的空间分布.

关键词:

Abstract

The quantum-dot samples with single Ge layer and twofold stacked Ge layers are prepared by ion beam sputtering deposition. The different sizes and morphologies of quantum-dots are characterized using atomic force microscope technique. The effects of strain from the capped Ge quantum-dots on the upper Ge wetting layer and the nucleation are also investigated by the buried strain model. The results show that the non-uniform strain in the Si spacing layer which caps the buried quantum-dot layer, leads to the decrease of Ge critical thickness in the upper layer, which increases the upper dot size. The strain intensity increases with the decrease of Si spacer thickness, which results in the changes of dot shape and size in the upper layer. Furthermore, the strain also modulates the distribution of upper quantum-dot layer.

Keywords:

作者及机构信息

1.
云南大学工程技术研究院光电信息材料研究所, 昆明 650091;

2.
昆明理工大学冶金与能源工程学院, 昆明 650093

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10964016, 10990103)、云南省社会发展自然基金(批准号: 2008CC012) 、教育部科学技术研究重点项目(批准号: 210207)和云南大学校基金(批准号: 2010YB030)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of Optoelectronic Information Materials, Academy of Engineering and Technology, Yunnan University, Kunming 650091, China;

2.
Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10964016, 10990103), the Natural Foundation for Social Development of Yunnan Province, China (Grant No. 2008CC012), the Foundation for Key Program of Ministry of Education, China (Grant No. 210207 ), and the Foundation of Yunnan University, China (Grant No. 2010YB030).

参考文献

[1]	Zhang H, Zhai L X,Wang X, Zhang C Y, Liu J J 2011 Chin. Phys. B 20 037301
[2]	Jia B Y, Yu Z Y, Liu Y M, Han L H, Yao W J, Feng H, Ye H 2011 Chin. Phys. B 20 027302
[3]	Deng N, Chen P Y, Li Z J 2004 Acta Phys. Sin. 53 3136 (in Chinese) [邓宁, 陈培毅, 李志坚 2004 53 3136]
[4]	Valakh M Y, Lytvyn P M, Nikolenko A S, Strelchuk V V, Krasilnik Z F, Lobanov D N, Novikov A V 2010 Appl. Phys. Lett. 96 141909
[5]	Zhou W M, Cai C Y, Wang C Y, Yin S Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 5585 (in Chinese) [周旺民, 蔡承宇, 王崇愚, 尹姝媛 2009 58 5585]
[6]	Makeev M A, Madhukar A 2006 Nano Lett. 6 1279
[7]	Usami N, Araki Y, Ito Y, Miura M, Shiraki Y 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3723
[8]	Thanh V L, Yam V 2003 Appl. Surf. Sci. 212-213 296
[9]	Yang Y, Wang C, Yang R D, Li L, Xiong F, Bao J M 2009 Chin. Phys. B 18 4906
[10]	Wang C, Yang Y, Yang R D, Li L, Xiong F, Bao J M 2011 Chin. Phys. B 20 026802
[11]	Liu F, Davenport S E, Evans H M, Lagally M G 1999 Phys. Rev. Lett. 82 2528
[12]	Tersoff J, Teichert C, Lagally M G 1996 Phys. Rev. Lett. 76 1675
[13]	Schittenhelm P, Abstreiter G, Darhuber A, Bauer G, Werner P, Kosogov A 1997 Thin Solid Films 294 291
[14]	Rastelli A, Stoffel M, Tersoff J, Kar G S, Schmidt O G 2005 Phys. Rev. Lett. 95 026103
[15]	Leite M S, Malachias A, Kycia S W, Kamins T I, Williams R S, Medeiros-Ribeiro G 2008 Phys. Rev. Lett. 100 226101
[16]	Chung H C, Liu C P, Lai Y L 2008 Appl. Phys. A 91 267
[17]	Yang J, Wang C, Xiong F, Tao D P, Yang Y 2012 Mater. Technol. B (in press)
[18]	Zhang X G, Wang C, Lu Z Q, Yang J, Li L, Yang Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 096101 (in Chinese) [张学贵, 王茺, 鲁植全, 杨杰, 李亮, 杨宇 2011 60 096101]
[19]	Marchetti R, Montalenti F, Miglio L, Capellini G, SetaMD, Evangelisti F 2005 Appl. Phys. Lett. 87 261919
[20]	Jiang Z M, Jiang X M, Jiang W R, Jia Q J, Zheng W L, Qian D C 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3397
[21]	Deng N, Wang J L, Huang W T, Chen P Y, Li Z J 2003 Chin. J. Semiconduct. 24 951 (in Chinese) [邓宁, 王吉林, 黄文韬, 陈培毅, 李志坚 2003 半导体学报 24 951]
[22]	Thanh V L, Yam V, Boucaud P, Fortuna F, Ulysse C, Bouchier D, Vervoort L, Lourtoz J M 1999 Phys. Rev. B 60 5851
[23]	Stoffel M, Rastelli A, Tersoff J, Merdzhanova T, Schmidt O G 2006 Phys. Rev. B 74 155326
[24]	Rastelli A, Kummer M, Känel H V 2001 Phys. Rev. Lett. 87 256101
[25]	Huang C J, Zuo Y H, Li D Z, Cheng B W, Luo L P, Yu J Z, Wang Q M 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3881

施引文献

[1]	Zhang H, Zhai L X,Wang X, Zhang C Y, Liu J J 2011 Chin. Phys. B 20 037301
[2]	Jia B Y, Yu Z Y, Liu Y M, Han L H, Yao W J, Feng H, Ye H 2011 Chin. Phys. B 20 027302
[3]	Deng N, Chen P Y, Li Z J 2004 Acta Phys. Sin. 53 3136 (in Chinese) [邓宁, 陈培毅, 李志坚 2004 53 3136]
[4]	Valakh M Y, Lytvyn P M, Nikolenko A S, Strelchuk V V, Krasilnik Z F, Lobanov D N, Novikov A V 2010 Appl. Phys. Lett. 96 141909
[5]	Zhou W M, Cai C Y, Wang C Y, Yin S Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 5585 (in Chinese) [周旺民, 蔡承宇, 王崇愚, 尹姝媛 2009 58 5585]
[6]	Makeev M A, Madhukar A 2006 Nano Lett. 6 1279
[7]	Usami N, Araki Y, Ito Y, Miura M, Shiraki Y 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3723
[8]	Thanh V L, Yam V 2003 Appl. Surf. Sci. 212-213 296
[9]	Yang Y, Wang C, Yang R D, Li L, Xiong F, Bao J M 2009 Chin. Phys. B 18 4906
[10]	Wang C, Yang Y, Yang R D, Li L, Xiong F, Bao J M 2011 Chin. Phys. B 20 026802
[11]	Liu F, Davenport S E, Evans H M, Lagally M G 1999 Phys. Rev. Lett. 82 2528
[12]	Tersoff J, Teichert C, Lagally M G 1996 Phys. Rev. Lett. 76 1675
[13]	Schittenhelm P, Abstreiter G, Darhuber A, Bauer G, Werner P, Kosogov A 1997 Thin Solid Films 294 291
[14]	Rastelli A, Stoffel M, Tersoff J, Kar G S, Schmidt O G 2005 Phys. Rev. Lett. 95 026103
[15]	Leite M S, Malachias A, Kycia S W, Kamins T I, Williams R S, Medeiros-Ribeiro G 2008 Phys. Rev. Lett. 100 226101
[16]	Chung H C, Liu C P, Lai Y L 2008 Appl. Phys. A 91 267
[17]	Yang J, Wang C, Xiong F, Tao D P, Yang Y 2012 Mater. Technol. B (in press)
[18]	Zhang X G, Wang C, Lu Z Q, Yang J, Li L, Yang Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 096101 (in Chinese) [张学贵, 王茺, 鲁植全, 杨杰, 李亮, 杨宇 2011 60 096101]
[19]	Marchetti R, Montalenti F, Miglio L, Capellini G, SetaMD, Evangelisti F 2005 Appl. Phys. Lett. 87 261919
[20]	Jiang Z M, Jiang X M, Jiang W R, Jia Q J, Zheng W L, Qian D C 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3397
[21]	Deng N, Wang J L, Huang W T, Chen P Y, Li Z J 2003 Chin. J. Semiconduct. 24 951 (in Chinese) [邓宁, 王吉林, 黄文韬, 陈培毅, 李志坚 2003 半导体学报 24 951]
[22]	Thanh V L, Yam V, Boucaud P, Fortuna F, Ulysse C, Bouchier D, Vervoort L, Lourtoz J M 1999 Phys. Rev. B 60 5851
[23]	Stoffel M, Rastelli A, Tersoff J, Merdzhanova T, Schmidt O G 2006 Phys. Rev. B 74 155326
[24]	Rastelli A, Kummer M, Känel H V 2001 Phys. Rev. Lett. 87 256101
[25]	Huang C J, Zuo Y H, Li D Z, Cheng B W, Luo L P, Yu J Z, Wang Q M 2001 Appl. Phys. Lett. 78 3881

[1]	李桑丫, 张艾霖, 徐欣, 吕涛, 王世康, 罗箐. 基于强流离子源的离子束溅射镀膜设备均匀性优化. , 2024, 73(5): 058101. doi: 10.7498/aps.73.20231491
[2]	张鑫鑫, 靳映霞, 叶晓松, 王茺, 杨宇. 高速率沉积磁控溅射技术制备Ge点的退火生长研究. , 2014, 63(15): 156802. doi: 10.7498/aps.63.156802
[3]	黄成龙, 张继成, 刁凯迪, 曾勇, 易勇, 曹磊峰, 王红斌. 单级衍射量子点阵光栅的聚焦离子束直写法制备及光学性能检测. , 2014, 63(1): 018101. doi: 10.7498/aps.63.018101
[4]	叶盈, 周旺民. 生长方向对量子点应变与应变弛豫的影响. , 2013, 62(5): 058105. doi: 10.7498/aps.62.058105
[5]	刘华松, 季一勤, 姜玉刚, 王利栓, 冷健, 孙鹏, 庄克文. SiO2薄膜内部短程有序微结构研究. , 2013, 62(18): 187801. doi: 10.7498/aps.62.187801
[6]	熊飞, 杨杰, 张辉, 陈刚, 杨培志. 原子轰击调制离子束溅射沉积Ge量子点的生长演变. , 2012, 61(21): 218101. doi: 10.7498/aps.61.218101
[7]	范平, 蔡兆坤, 郑壮豪, 张东平, 蔡兴民, 陈天宝. Bi-Sb-Te基热电薄膜温差电池离子束溅射制备与表征. , 2011, 60(9): 098402. doi: 10.7498/aps.60.098402
[8]	袁文佳, 章岳光, 沈伟东, 马群, 刘旭. 离子束溅射制备Nb2O5光学薄膜的特性研究. , 2011, 60(4): 047803. doi: 10.7498/aps.60.047803
[9]	熊飞, 潘红星, 张辉, 杨宇. 溅射沉积自诱导混晶界面与Ge量子点的生长研究. , 2011, 60(8): 088102. doi: 10.7498/aps.60.088102
[10]	张学贵, 王茺, 鲁植全, 杨杰, 李亮, 杨宇. 离子束溅射自组装Ge/Si量子点生长的演变. , 2011, 60(9): 096101. doi: 10.7498/aps.60.096101
[11]	范平, 郑壮豪, 梁广兴, 张东平, 蔡兴民. Sb2Te3热电薄膜的离子束溅射制备与表征. , 2010, 59(2): 1243-1247. doi: 10.7498/aps.59.1243
[12]	何丽静, 林晓娉, 王铁宝, 刘春阳. 单晶Si表面离子束溅射沉积Co纳米薄膜的研究. , 2007, 56(12): 7158-7164. doi: 10.7498/aps.56.7158
[13]	蔡承宇, 周旺民. Ge/Si半导体量子点的应变分布与平衡形态. , 2007, 56(8): 4841-4846. doi: 10.7498/aps.56.4841
[14]	张东平, 齐红基, 邵建达, 范瑞瑛, 范正修. 离子束溅射法薄膜生长中结瘤微缺陷的生长机理. , 2005, 54(3): 1385-1389. doi: 10.7498/aps.54.1385
[15]	牟宗信, 李国卿, 秦福文, 黄开玉, 车德良. 非平衡磁控溅射系统离子束流磁镜效应模型. , 2005, 54(3): 1378-1384. doi: 10.7498/aps.54.1378
[16]	顾培夫, 陈海星, 郑臻荣, 刘旭. 弱吸收多层薄膜消光系数的反演. , 2005, 54(8): 3722-3725. doi: 10.7498/aps.54.3722
[17]	齐红基, 易　葵, 贺洪波, 邵建达. 溅射粒子能量对金属Mo薄膜表面特性的影响. , 2004, 53(12): 4398-4404. doi: 10.7498/aps.53.4398
[18]	肖定全, 韦力凡, 李子森, 朱建国, 钱正洪, 彭文斌. 金属氧化物薄膜的多离子束反应共溅射模型(Ⅱ)——数值计算与结果讨论. , 1996, 45(2): 345-352. doi: 10.7498/aps.45.345
[19]	肖定全, 韦力凡, 李子森, 朱建国, 钱正洪, 彭文斌. 金属氧化物薄膜的多离子束反应共溅射模型(Ⅰ)——模型建立. , 1996, 45(2): 330-338. doi: 10.7498/aps.45.330
[20]	吴正云, 黄启圣. 聚焦Ga+离子束注入方法研制半导体量子线结构. , 1996, 45(3): 486-490. doi: 10.7498/aps.45.486

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