自组装Ge量子点热扩散效应的XAFS研究

利用荧光X射线吸收精细结构（X-ray absorption fine structure，XAFS）方法研究了分子束外延生长的自组装Ge／Si（001）量子点的扩散效应．原子力显微镜结果表明，在550℃的生长温度下形成了面密度为5．2×10^11 cm^-2的高密度小尺寸量子点．XAFS结果表明，生长的Ge量子点样品覆盖Si层后在550℃温度退火，对Ge／Si之间的热扩散混合的影响较小．随着退火温度升高到800℃，Ge原子的第一近邻配位壳层中的Ge-Si配位的无序度由4．0×10^-5 nm^2降低到2．9×10^-5 nm^2，配位数由3．3升高到3．8，这表明Ge量子点样品中的Ge原子的近邻主要为Si配位原子，高温退火显著增加了Ge原子在Si层中的扩散．     

Si(111)表面上Ge量子点的理论研究

采用DFTB+计算方法对在Si(111)表面上三种不同形状的Ge量子点结构(六边形岛状量子点、条形岛状量子点以及光栅形量子点)进行结构优化,并采用CASTEP对结构的能量及光学性质进行计算。对这几类Ge量子点表面纳米结构的光学性质(介电函数、光吸收、复折射率、反射率)进行深入分析,经过比较后会发现这三种结构中光吸收能力最好的结构是条形岛状量子点纳米结构。     

自组织生长Ge量子点材料研究

利用超高真空化学气相淀积设备在Si衬底上生长Ge量子点.通过3因素3水平的正交实验,研究不同的生长参数(衬底温度、GeH4气体流量、生长时间)对Ge量子点生长的影响,从而得到优化的Ge量子点生长参数.透射电镜、X射线双晶衍射测试结果表明,利用优化的生长参数得到的多层Ge量子点材料,具有较好的晶体质量.     

Ge纳米结构的制备技术与发光特性研究进展

Si基纳米发光材料与器件的研究是目前半导体光电子技术领域中的一个活跃前沿.除了Si纳米晶粒、Si量子点和Si/SiO2超晶格等Si纳米结构之外,属于同族元素的Ge纳米结构也因其所具有的优异特性,而呈现出良好的发光性能.评述了Ge纳米结构的制备方法与发光特性在近年内取得的研究进展.     

掠入射荧光XAFS研究(Ge4/Si4)5/Si(001)超晶格的结构

本文用掠入射荧光XAFS研究(Ge4/Si4)5/Si(001)形变超晶格的局域结构.超晶格中的Ge-Ge和Ge-Si第一配位键长分别为RGe-Ge=0.243 nm和RGe-Si=0.238 nm,与晶态Ge(RGe-Ge=0.245 nm)和共价Ge-Si键长RGe-Si=0.240 nm相比,其配位键长缩短了0.002 nm,表明Ge原子周围的晶格产生了扭曲,Ge-Ge配位数为1.8和Ge-Si配位数为2.2显然偏离了理论的配位数Ge-Ge为3和Ge-Si配位数为1.我们提出Ge和Si原子的位置交换模型来解释(Ge4/Si4)5超晶格的界面结构.     

锗量子点超晶格的光学特性

对自组装生长的Ge量子点超晶格样品进行了光荧光谱(PL谱)和拉曼散射谱(Raman谱)实验测量研究．对Si的TO发光峰和Ge的发光峰特征进行了深入讨论，通过对变温PL谱的拟合及分析提出了对Ge量子点尺寸和其电子有效质量一种新的测评方法；首次在非共振Raman模式下观测到低频声子模，研究了样品的结构组份、应变及声子限制效应问的关联性．     

nSi/pSi0.8Ge0.2/nSi与nSi/pSi/nSi晶体管直流特性的比较

采用一维有限差分方法,对生长在Si(001)衬底上的Si0.8Ge0.2应变基区异质结双极晶体管(HBT)与Si同质结双极晶体管(BJT)的直流特性进行了数值分析;给出了高斯掺杂情形下,基区中Ge含量为0.2的Si0.8Ge0.2HBT与Si同质双极结晶体管(BJT)的共射极电流放大系数图、Gummel图、平衡能带图和基区少子分布图,对比结果表明基区中Ge的引入有效地改善了晶体管的直流放大性能;其次对Si0.8Ge0.2HBT与SiBJT的大电流特性进行了比较,证实了在大电流下异质结基区少子向集电区扩展引起的异质结势垒效应,使Si0.8Ge0.2HBT的直流放大系数比SiBJT的放大系数下降更快这一实验结果.     

掠入射荧光XAFS研究(Ge_4/Si_4)_5/Si(001)超晶格的结构

本文用掠入射荧光XAFS研究 (Ge4/Si4) 5 /Si(0 0 1 )形变超晶格的局域结构 .超晶格中的Ge Ge和Ge Si第一配位键长分别为RGe Ge =0 .2 43nm和RGe Si =0 .2 38nm ,与晶态Ge(RGe Ge =0 .2 45nm)和共价Ge Si键长RGe Si =0 .2 40nm相比 ,其配位键长缩短了 0 .0 0 2nm ,表明Ge原子周围的晶格产生了扭曲 ,Ge Ge配位数为 1 .8和Ge Si配位数为 2 .2显然偏离了理论的配位数Ge Ge为 3和Ge Si配位数为 1 .我们提出Ge和Si原子的位置交换模型来解释 (Ge4/Si4) 5 超晶格的界面结构     

Research progress of self-organized Ge quantum dots on Si substrate

A review is presented on recent research development of self-organized Ge/Si quantum dots (QDs).Emphasis is put on the morphological evolution of the Ge quantum dots grown on Si (001) substrate,the structure analysis of multilayer Ge QDs,the optical and electronic properties of these nanostructures,and the approaches to fabricating ordered Ge quantum dots.     

直接带隙Ge/Si_(1-x)Ge_x量子阱中激子态和带间光跃迁

利用有效质量近似和变分原理,对直接带隙Ge/Si1-x Gex量子阱中激子态和带间光跃迁进行研究.结果表明:直接带隙Ge/Si1-x Gex量子阱中带间光跃迁能、激子复合时间和基态振子强度依赖于阱宽和Si1-x Gex中Ge含量.当阱宽大于30nm时,跃迁能、激子复合时间、振子强度对Ge含量和阱宽的变化不敏感;基态线性光极化率随着Ge含量的增加而减小,同时光极化率峰值所对应的光子能量减小.     

间接带隙纳米半导体材料的量子限制理论

研究了间接带隙材料量子点的量子限制理论,阐明了间接带隙到直接带隙光跃迁性质的转变机理,计算了激子跃迁能和激子结合能,这些理论结果提示了在纳米 Si、Ge 发光过程中的量子限制效应的重要性。     

GemSin(m=1,2;n=1～7)团簇结构与性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)对GemSin(m=1, 2;n=1～7)团簇的结构及稳定性进行了研究. 在B3LYP/6-311G水平上进行了结构优化和频率分析,得到了各团簇的最低能量结构. 对最稳定结构的二阶能量差分、分裂能、成键特性等性质进行了理论研究. 结果表明:GemSin团簇的稳定结构与Sis(s=m n)团簇的结构相似,相同尺寸的混合团簇原子间的成键特性非常相似,这为找到大尺寸的GemSin团簇稳定结构提供了一条有效途径. 电荷主要是从Ge原子转移到Si原子. 在所研究的团簇中,GeSi3, GeSi6, Ge2Si2, Ge2Si5的结构较稳定.     

Au/Si扭转界面能各向异性研究

采用改进型嵌入原子法(modifiedembedded atom method,MEAM),计算了(001)Au/(111)Si、(011)Au/(111)Si、(111)Au/(111)Si、(001)Au/(001)Si、(011)Au/(001)Si、(111)Au/(001)Si六个扭转界面的界面能.结果表明,不论是对于(111)Si还是(001)Si基底,相同基底的界面均按照(111)Au/Si、(001)Au/Si、(011)Au/Si顺序依次增加;从界面能的最小化考虑,Au在(111)Si或(001)Si基底上的外延生长,Au(111)面为择优晶面,择优扭转角分别为θ=2.68°和θ=2.42°.     

Ge+注入Si1-x Gex/Si异质结的退火行为

在注入能量为100keV时,将注入剂量为5.3×1016/cm2的Ge 注入(001)SIMOX硅膜中制备Si1-xGex/Si异质结;然后,对样品进行碘钨灯快速热退火,退火温度为700～1 050℃,退火时间为5～30 min.对样品的(004)和(113)面X射线衍射数据进行计算和分析,得出退火温度为1 000℃、退火时间为30 min为最佳退火条件.在此退火条件下,假设固相外延生长为赝晶生长,90%的注入Ge 位于替代位置,若同时考虑应变弛豫,则位于替代位置的Ge 达到理论最大值的82%,共格因子为0.438.由于高剂量Ge 注入引起表面晶格损伤严重以及应变弛豫释放的位错和缺陷,因此,表面结晶质量不太理想.     

应变Ge1-yCy合金的带隙

采用基于局域密度泛函理论和虚晶近似下的从头赝势法，研究Si(001)和Ge（001）衬底上的应变Ge1-yCy合金，其带隙随碳含量和晶格失配度的变化情况。结果发现，带隙对应变条件非常敏感。硅衬底上应变Ge1-yCy合金的带隙随碳组分的增加而增加，而锗衬底上应变Ge1-yCy合金的带隙随炭组分的增加而减小。     

锗硅烯与H_2O加成反应的计算研究

采用密度泛函理论方法研究了两种锗硅烯(H2Ge=Si H2及Ph2Ge=Si Ph2)与H2O的加成反应的微观机理和势能剖面,分析了加成反应中区域选择性的起源.计算结果表明,H2O的单聚体、二聚体及三聚体均可作为亲核试剂与锗硅烯发生加成反应.形成Si—O键和Ge—O键的反应均为复杂反应,且Si(Ge)—O键比Ge(Si)—H键优先形成.加成反应的区域选择性由动力学因素决定.H2O作为亲核试剂的反应活性低于CH3OH.     

Growth of Ge Layer on Relaxed Ge-Rich SiGe by Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition

The paper describes the growth of a germanium (Ge) film on a thin relaxed Ge-rich SiGe buffer. The thin Ge-rich SiGe buffer layer was achieved through a combination of ultrahigh vacuum chemical vapor deposition (UHVCVD) SiGe epitaxial growth and SiGe oxidation. A lower Ge content strained SiGe layer was first grown on the Si (001) substrate and then the Ge mole fraction was increased by oxidation. After removal of the surface oxide, a higher Ge content SiGe layer was grown and oxidized again. The Ge mole fraction was increased to 0.8 in the 50 nm thick SiGe layer. Finally a 150 nm thick pure Ge film was grown on the SiGe buffer layer using the UHVCVD system. This technique produces a much thinner buffer than the conventional compositionally graded relaxed SiGe method with the same order of magnitude threading dis- location density.     

Tersoff势在小分子团簇几何优化中的应用

深入分析了Tersoff势,并将Tersoff势用于优化由碳硅锗元素构成的双原子分子团簇（C2、CSi、CGe、Si2、SiGe、Ge2）及三原子分子团簇（C3、C2Si、C2Ge、CSi2、CGe2、CSiGe、Si3、Si2Ge、SiGe2、Ge3）的结构,得到了上述这些分子的最稳定结构,并将其中有些结构与从头计算、密度泛函理论和实验值进行了对比;另外,还分析了所得分子的平均结合能、键长和键角等的特点,并总结出一些规律.     

具有荧光特性的硅量子点合成及在铁离子检测中应用

设计了一种新型的高荧光硅量子点(Silicon quantum dots, Si QDs)的合成方法,并尝试探索其制备机理以及在三价铁离子(Fe~(3+))检测中的应用.与传统的还原法制备硅量子点相比,3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)在硫酸的作用下能够得到具有高荧光、低尺寸特性的硅量子点.结果表明该硅量子点的最佳激发波长和对应发射波长分别为305 nm和384 nm.在水溶液中,Si QDs和Fe~(3+)通过配位作用使得硅量子点发生明显聚集诱导淬灭现象(aggregation caused quenching ACQ),该方法能在2.5μM～250μM的范围内实现对Fe~(3+)的灵敏检测,检出限为670 nM.     

Heusler合金Sc_2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)半金属铁磁性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理的投影缀加波方法 (PAW),结合广义梯度近似(GGA),系统研究了Hg2CuTi型Heusler合金Sc2VZ(Z=C,Si,Ge,Sn,Pb)的电子结构和磁性.研究发现Heusler合金Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)在平衡晶格常数下表现出半金属铁磁性,其自旋向上态中的带隙宽度分别为0.345,0.354,0.387和0.173eV.计算得到Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)的总自旋磁矩均为整数(3.00μB),符合Slater-Pauling规则.分析能带与态密度发现,半金属带隙的产生主要是由于Sc和V原子d态电子之间强烈的杂化作用所致.同时计算结果也表明,在一定程度的晶格常数变化范围内,Sc2VZ(Z=Si,Ge,Sn,Pb)合金仍能保持其半金属性质.