Tm2O3相对于Si的能带偏移研究

汪建军; 方泽波; 冀婷; 朱燕艳; 任维义; 张志娇

doi:10.7498/aps.61.017702

摘要

利用分子束外延系统在Si (001) 衬底上制备了单晶Tm2O3薄膜, 利用X射线光电子能谱研究了Tm2O3相对于Si的能带偏移. 得出Tm2O3相对于Si的价带和导带偏移分别为3.1 eV 0.2 eV和1.9 eV 0.3 eV, 并得出了Tm2O3的禁带宽度为6.1 eV 0.2 eV. 研究结果表明Tm2O3是一种很有前途的高k栅介质候选材料.

关键词:

The single crystalline Tm2O3 films are deposited on Si(001) substrates by molecular beam epitaxy, by using x-ray photoelectron spectroscopy, the valence and the conduction-band shifts of Tm2O3 to Si are obtained to be 3.1 0.2 eV and 1.9 0.3 eV, respectively. The energy gap of Er2O3 is determined to be 6.1 0.2 eV. The results of the study show that the Tm2O3 could be a promising candidate for high-k gate dielectrics.

Keywords:

作者及机构信息

1.
西华师范大学物理与电子信息学院, 南充 637002;

2.
绍兴文理学院物理系, 绍兴 312000;

3.
复旦大学应用表面物理国家重点实验室, 上海 200433

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60806031, 11004130)、浙江省自然科学基金(批准号: Y6100596)和上海市重点基础研究项目(批准号: 10JC1405900)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physics and Electronic Information, China West Normal University, Nanchong 637002, China;

2.
Department of Physics, Shaoxing University, Shaoxing 312000, China;

3.
Surface Physics Laboratory (National Key Laboratory), Fudan University, Shanghai 200433, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60806031, 11004130), the Natural Science Foundation of Zhejiang Province, China (Grant No.Y6100596), and the Key Fundamental Project of Shanghai (Grant No. 10JC1405900).

参考文献

[1]	Sze S M 1981 Physics of Semiconductor Devices (2nd Ed.) (New York: Wiley) p275
[2]	Huo H B, Liu Z T, Yan F 2008 Mater. Rev. 22 123 (in Chinese) [霍会宾, 刘正堂, 阎锋 2008 材料导报 22 123]
[3]	Yoannoa. Sougleridis V, Vellianitis G, Dimoulas A 2003 J. Appl. Phys. 93 2003
[4]	Guo D F, Geng W G, Lan W, Huang C M, Wang Y Y 2005 Acta Phys. Sin. 54 5901 (in Chinese) [郭得峰, 耿伟刚, 兰伟, 黄春明, 王印月 2005 54 5901]
[5]	Li D, Lü S Z, Chen B J, Wang H Y, Tang B, Zhang J H, Hou S G, Huang S H 2001 Acta Phys. Sin. 50 933 (in Chinese) [李丹, 吕少哲, 陈宝玖, 王海宇, 唐波, 张家骅, 侯尚公, 黄世华 2001 50 933]
[6]	Tinkham B P, Takahasi M, Jenichen B 2006 Semiconduc. Sci. Tech. 21 152
[7]	Guo X, Braun W, Jenichen B, Plooge K H 2006 J. Cryst. Growth 290 73
[8]	Losurdo M, Giangregorio M M, Bruno G, Yang D, Irene E A, Suvorova A A, Saunders M 2007 Appl. Phys. Lett. 91 091914
[9]	Jinesh K B, Lamy Y, Tois E, BeslingWF A 2009 Appl. Phys. Lett. 94 252906
[10]	Fang Z B, Zhu Y Y, Wang J L, Jiang Z M 2009 Chin. Phys. B 18 3542
[11]	Zhu Y Y, Fang Z B, Liu Y S 2010 Chin. Phys. B 19 097807
[12]	Cheng W, Fang Z B, Ma X Y 2010 Nanomater. Struct. 47 282 (in Chinese) [陈伟, 方泽波, 马锡英 2010 纳米材料与结构 47 282]
[13]	Ono H, Katsumata T 2001 Appl. Phys. Lett. 78 1832
[14]	Ji T, Cui J, Fang Z B, Nie T X, Fan Y L, Li X L, He Q, Jiang Z M 2011 J. Crys. Growth 321 171
[15]	Kraut E A, Grant R W, Waldrop J R, Kowalczyk S P 1980 Phys. Rev. Lett. 44 1620
[16]	Kraut E A, Grant R W, Waldrop J R, Kowalczyk S P 1983 Phys. Rev. B 28 1965
[17]	Chambers S A, Liang Y, Yu Z, Droopad R, Ramdani J 2001 J. Vac. Sci. Technol. A 19 934
[18]	Miyazaki S 2001 J. Vac. Sci. Technol. B 19 2212
[19]	Zhu Y Y, Chen S, Xu R, Fang Z B, Zhao J F, Fan Y L, Yang X J, Jiang Z M 2006 Appl. Phys. Lett. 88 162909
[20]	Akazawa M, Gao B, Hashizume T, Hiroki M, Yamahata S, Shigekawa N 2011 J. Appl. Phys. 109 013703
[21]	Sayan S, Emge T, Garfunkel E, Zhao X, Wielunskil, Bartynski R A, Vanderbilt D, Suehle J S, Suzer S, Banaszak-Holl M 2004 J. Appl. Phys. 96 7485
[22]	Puthen Kovilakam R, Chang J P 2004 J. Appl. Phys. 96 2701
[23]	Seguini G, Perego M, Fanciulli M 2007 Topics in Applied Physics (Berlin: Springer-Verlag)
[24]	Zheng X H, Huang A P, Yang Z C, Xiao Z S, Wang M, Cheng G A 2011 Acta Phys. Sin. 60 017702 (in Chinese) [郑小虎, 黄安平, 杨智超, 肖志松, 王玫, 程国安 2011 60 017702]

施引文献

[1]	Sze S M 1981 Physics of Semiconductor Devices (2nd Ed.) (New York: Wiley) p275
[2]	Huo H B, Liu Z T, Yan F 2008 Mater. Rev. 22 123 (in Chinese) [霍会宾, 刘正堂, 阎锋 2008 材料导报 22 123]
[3]	Yoannoa. Sougleridis V, Vellianitis G, Dimoulas A 2003 J. Appl. Phys. 93 2003
[4]	Guo D F, Geng W G, Lan W, Huang C M, Wang Y Y 2005 Acta Phys. Sin. 54 5901 (in Chinese) [郭得峰, 耿伟刚, 兰伟, 黄春明, 王印月 2005 54 5901]
[5]	Li D, Lü S Z, Chen B J, Wang H Y, Tang B, Zhang J H, Hou S G, Huang S H 2001 Acta Phys. Sin. 50 933 (in Chinese) [李丹, 吕少哲, 陈宝玖, 王海宇, 唐波, 张家骅, 侯尚公, 黄世华 2001 50 933]
[6]	Tinkham B P, Takahasi M, Jenichen B 2006 Semiconduc. Sci. Tech. 21 152
[7]	Guo X, Braun W, Jenichen B, Plooge K H 2006 J. Cryst. Growth 290 73
[8]	Losurdo M, Giangregorio M M, Bruno G, Yang D, Irene E A, Suvorova A A, Saunders M 2007 Appl. Phys. Lett. 91 091914
[9]	Jinesh K B, Lamy Y, Tois E, BeslingWF A 2009 Appl. Phys. Lett. 94 252906
[10]	Fang Z B, Zhu Y Y, Wang J L, Jiang Z M 2009 Chin. Phys. B 18 3542
[11]	Zhu Y Y, Fang Z B, Liu Y S 2010 Chin. Phys. B 19 097807
[12]	Cheng W, Fang Z B, Ma X Y 2010 Nanomater. Struct. 47 282 (in Chinese) [陈伟, 方泽波, 马锡英 2010 纳米材料与结构 47 282]
[13]	Ono H, Katsumata T 2001 Appl. Phys. Lett. 78 1832
[14]	Ji T, Cui J, Fang Z B, Nie T X, Fan Y L, Li X L, He Q, Jiang Z M 2011 J. Crys. Growth 321 171
[15]	Kraut E A, Grant R W, Waldrop J R, Kowalczyk S P 1980 Phys. Rev. Lett. 44 1620
[16]	Kraut E A, Grant R W, Waldrop J R, Kowalczyk S P 1983 Phys. Rev. B 28 1965
[17]	Chambers S A, Liang Y, Yu Z, Droopad R, Ramdani J 2001 J. Vac. Sci. Technol. A 19 934
[18]	Miyazaki S 2001 J. Vac. Sci. Technol. B 19 2212
[19]	Zhu Y Y, Chen S, Xu R, Fang Z B, Zhao J F, Fan Y L, Yang X J, Jiang Z M 2006 Appl. Phys. Lett. 88 162909
[20]	Akazawa M, Gao B, Hashizume T, Hiroki M, Yamahata S, Shigekawa N 2011 J. Appl. Phys. 109 013703
[21]	Sayan S, Emge T, Garfunkel E, Zhao X, Wielunskil, Bartynski R A, Vanderbilt D, Suehle J S, Suzer S, Banaszak-Holl M 2004 J. Appl. Phys. 96 7485
[22]	Puthen Kovilakam R, Chang J P 2004 J. Appl. Phys. 96 2701
[23]	Seguini G, Perego M, Fanciulli M 2007 Topics in Applied Physics (Berlin: Springer-Verlag)
[24]	Zheng X H, Huang A P, Yang Z C, Xiao Z S, Wang M, Cheng G A 2011 Acta Phys. Sin. 60 017702 (in Chinese) [郑小虎, 黄安平, 杨智超, 肖志松, 王玫, 程国安 2011 60 017702]

[1]	朱孟龙, 杨俊, 董玉兰, 周源, 邵岩, 侯海良, 陈智慧, 何军. Cu(111)衬底上单层铁电GeS薄膜的原子和电子结构研究. , 2024, 73(1): 010701. doi: 10.7498/aps.73.20231246
[2]	王月荣, 田汉民, 张登琪, 刘维龙, 马旭蕾. Cs₂AgBi_0.75Sb_0.25Br₆钙钛矿太阳能电池的优化设计. , 2024, 73(2): 028802. doi: 10.7498/aps.73.20231299
[3]	许思维, 王训四, 沈祥. 结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射研究Ge_xGa₈S_92–x玻璃结构. , 2023, 72(1): 017101. doi: 10.7498/aps.72.20221653
[4]	杨蒙生, 易泰民, 郑凤成, 唐永建, 张林, 杜凯, 李宁, 赵利平, 柯博, 邢丕峰. 沉积态铀薄膜表面氧化的X射线光电子能谱. , 2018, 67(2): 027301. doi: 10.7498/aps.67.20172055
[5]	胡亚亚, 朱媛媛, 周贝贝, 刘硕, 刘雍, 熊锐, 石兢. R型铁氧体BaFe4-xTi2+xO11的化学组态以及磁性行为的研究. , 2015, 64(11): 117501. doi: 10.7498/aps.64.117501
[6]	许思维, 王丽, 沈祥. GexSb20Se80-x玻璃的拉曼光谱和X射线光电子能谱. , 2015, 64(22): 223302. doi: 10.7498/aps.64.223302
[7]	邹继军, 张益军, 杨智, 常本康. GaAs真空电子源衰减模型研究. , 2011, 60(1): 017902. doi: 10.7498/aps.60.017902
[8]	张旺, 徐法强, 王国栋, 张文华, 李宗木, 王立武, 陈铁锌. Fe/ZnO (0001)体系界面相互作用中薄膜厚度效应的光电子能谱研究. , 2011, 60(1): 017104. doi: 10.7498/aps.60.017104
[9]	张山丽, 曾繁明, 王欣桐, 李春, 王成伟, 张莹, 林海, 秦杰明, 刘景和. Cr4+:Ca2 GeO4激光晶体生长及结构表征. , 2010, 59(10): 7214-7218. doi: 10.7498/aps.59.7214
[10]	韩录会, 张崇宏, 张丽卿, 杨义涛, 宋银, 孙友梅. 低速高电荷态重离子辐照的GaN晶体表面X射线光电子能谱研究. , 2010, 59(7): 4584-4590. doi: 10.7498/aps.59.4584
[11]	李永华, 刘常升, 孟繁玲, 王煜明, 郑伟涛. NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析. , 2009, 58(4): 2742-2745. doi: 10.7498/aps.58.2742
[12]	王晓雄, 李宏年. Sm富勒烯的芯态光电子能谱. , 2006, 55(8): 4259-4264. doi: 10.7498/aps.55.4259
[13]	彭德全, 白新德, 潘峰, 孙辉. 纯锆上离子注入钇和镧后的表面分析. , 2005, 54(12): 5914-5919. doi: 10.7498/aps.54.5914
[14]	欧谷平, 宋珍, 桂文明, 张福甲. 原子力显微镜与x射线光电子能谱对LiBq4/ITO和LiBq4/CuPc/ITO的表面分析. , 2005, 54(12): 5717-5722. doi: 10.7498/aps.54.5717
[15]	冯玉清, 赵昆, 朱涛, 詹文山. 磁性隧道结热稳定性的x射线光电子能谱研究. , 2005, 54(11): 5372-5376. doi: 10.7498/aps.54.5372
[16]	李刘合, 张海泉, 崔旭明, 张彦华, 夏立芳, 马欣新, 孙跃. X射线光电子能谱辅助Raman光谱分析类金刚石碳膜的结构细节. , 2001, 50(8): 1549-1554. doi: 10.7498/aps.50.1549
[17]	苑进社, 陈光德, 齐鸣, 李爱珍, 徐卓. 分子束外延GaN薄膜的X射线光电子能谱和俄歇电子能谱研究. , 2001, 50(12): 2429-2433. doi: 10.7498/aps.50.2429
[18]	刘存业, 徐庆宇, 倪刚, 桑海, 都有为. Fe/Al2O3/Fe隧道结特性分析. , 2000, 49(9): 1897-1900. doi: 10.7498/aps.49.1897
[19]	班大雁, 方容川, 薛剑耿, 陆尔东, 徐世宏, 徐彭寿. Si/ZnS极性界面能带偏移的同步辐射光电子能谱研究. , 1997, 46(9): 1817-1825. doi: 10.7498/aps.46.1817
[20]	班大雁, 方容川, 杨风源, 徐世宏, 徐彭寿, 袁诗鑫. Ge/ZnSe(100)异质结能带偏移的同步辐射光电子能谱研究. , 1997, 46(3): 587-595. doi: 10.7498/aps.46.587

计量

文章访问数: 6977
PDF下载量: 441
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板