離子束濺射下硅表面形貌的研究

《離子束濺射下硅表面形貌的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、學(xué)校代碼：10246學(xué)號(hào)：022021003援多大學(xué)碩士學(xué)位論文離子束濺射下硅表面形貌的研究院系：專業(yè)：姓名：指導(dǎo)老師：完成日期：光科學(xué)與工程系光學(xué)李維卿陸明教授2005年5月22日論文題目：離子束濺射下硅表面形貌的研究光科學(xué)與工程系光學(xué)專業(yè)碩士研究生李維卿指導(dǎo)教師陸明摘要本論文主要包括二部分工作：其一是研究在束流密度為20肚／cm2的離子束濺射下，si(110)表面形貌隨溫度和離子能量的變化；其二是研究離子束濺射下，Si(100)表面形貌隨束流密度的變化。一．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)Si(110)表面的納米點(diǎn)出現(xiàn)是溫度和離子能量協(xié)同作用的結(jié)果。對(duì)于Es擴(kuò)散，溫度和離子能量起著相同的作

2、用。我們用Es擴(kuò)散解釋了在高溫下，納米點(diǎn)形狀隨離子能量變化的原因，并且用動(dòng)力學(xué)模型模擬計(jì)算了對(duì)應(yīng)不同離子能量的納米點(diǎn)的形狀，其變化趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，證明在小束流密度下，Es擴(kuò)散是不可忽略的。二．實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通常認(rèn)為適用于無(wú)定型態(tài)材料和半導(dǎo)體材料的B．H模型，并不能適用于所有束流密度。只有在大束流密度下，BH模型才能解釋Si(100)表面形貌的變化，這是由于在大密度的離子束濺射下，Si(100)表面的晶體結(jié)構(gòu)被破壞，變?yōu)闊o(wú)定型態(tài)。通過(guò)模擬計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)在大束流密度下，必須將再沉積(re．deposition)過(guò)程加入考慮。在加入抑制項(xiàng)后，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合。關(guān)鍵詞：離子束濺

3、射，硅si，納米點(diǎn)，ES擴(kuò)散，BH模型，再沉積中圖分類號(hào)：0485第一章序言離子束濺射(ionbeamsputtering)是一種表面處理技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用，包括離子束刻蝕、沉積、表面清洗、離子束輔助沉積等。這些處理方法常常導(dǎo)致在材料表面形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在一些條件，例如離子束斜入射的情況下，可能形成周期性的波紋結(jié)構(gòu)。隨著納米科學(xué)和技術(shù)吸引越來(lái)越多人的注意，離子束濺射漸漸地被認(rèn)為一種可供選擇的技術(shù)來(lái)自組裝生成不同的納米結(jié)構(gòu)，如納米線陣和納米點(diǎn)陣。本章著重介紹這種技術(shù)應(yīng)用于幾種不同材料上形成的表面納米結(jié)構(gòu)。1．1玻璃(無(wú)定性態(tài)材料)1956年，Navez等人‘11在用離子束轟擊玻璃

4、表面時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種有趣的現(xiàn)象：離子束濺射后，在玻璃表面出現(xiàn)了波紋狀的形貌，而且這種形貌的形成主要受離子圖1．1(a)一臺(tái)Azam離子槍，離子能為4keY，束流密度范圍為0．5到2且4·刪。2。(b)玻璃表面在入射角0為30。的離子束6小時(shí)轟擊后的形貌。(c)入射角。為0。，其它條件同(b)圖。(d)入射角0為80。，其它條件同(b)圖。束的入射角度0(相對(duì)于表面法線方向)影響。如圖1．1，在表面形成了類似波浪的結(jié)構(gòu)，條紋間隔從30(o=80。)到120hm(o=30。)。當(dāng)入射角接近0。時(shí)，波紋結(jié)構(gòu)的方向垂直于離子束方向；而當(dāng)離子束以掠角入射時(shí)，波紋結(jié)構(gòu)的方向平行r離了束方向。1

5、．2金屬材料(晶體)1997年，Rusponi等人【21研究用hr+離了束(離了能=lkev，束流密度=4倒．m一：)圖126張圖(尺寸350×350nm。)都是hg(110)在Ar+離子柬(j=4叫·cm～，t=15min，o=0。)濺射后的表面，但溫度不同。(a)160K；(b)230k；(C)270k：(d)290k；(e)320k：(f)350k：轟擊婦(110)表面。離子束為正入射，樣品溫度的變化范圍為150--400K，濺射時(shí)間為15min。在160K(圖1．2(a))，表面粗糙且沒(méi)有有序的結(jié)構(gòu)。在230K(圖1．2(b))和270K時(shí)，波紋結(jié)構(gòu)的方向平行于<001>

6、。而當(dāng)較高的溫度(圖1．2(d)，(e))情況下，波紋結(jié)構(gòu)方向沿<1—10>。而當(dāng)更高的溫度圖l-2(f))時(shí)，表面趨于平滑，波紋結(jié)構(gòu)消失。作者得出以下結(jié)論：(a)正入射條件下，金屬材料表面形貌不同于非金屬材料。(b)波紋結(jié)構(gòu)方向決定于溫度(C)波紋結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)決定于溫度相似的情況也在其他金屬材料上發(fā)現(xiàn)，例如A1(111)[al，Cu(111)14

7、，hu(111)[51．Pt(111)[s1171等。1．3半導(dǎo)體材料由于半導(dǎo)體納米材料在光電和量子設(shè)備的研發(fā)中占有重要地位，許多科研小組把離子束濺射技術(shù)作為制備半導(dǎo)體納米材料的重要手段。人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)粒子束正入射或斜入射同時(shí)令樣品旋轉(zhuǎn)，在

8、材料表面出現(xiàn)有序的納米點(diǎn)陣。Fascko等人“1以低能∞Oelm圖1．33張SEM圖都是GaSb(100)在Ar+離子束濺射后表面有序的納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)。在不同的離子束流量(濺射時(shí)間)，(A)4×10”cm-2(40s)，(B)2X10”CIIll(200s)，(C)4×10”cml(400s)。從各圖中得到與束流量相對(duì)應(yīng)的納米點(diǎn)直徑歸納得到圖(D)不同離子束流量下的納米點(diǎn)直徑分布。Ar+離子(離子能為420eV)濺射GaSb(100)材料。在掃描電子顯微鏡圖(圖(1．3))上，我們可