金屬-半導(dǎo)體界面為半導(dǎo)體材料科學(xué)、界面物理化學(xué)、低維物理、薄膜制備和超導(dǎo)研究提供了理想的研究平臺。金屬和半導(dǎo)體形成的異質(zhì)結(jié)是半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。界面上缺陷的形成與擴(kuò)散、電子結(jié)構(gòu)的改變、化學(xué)反應(yīng)等行為能衍生出一系列有趣的物理現(xiàn)象。通過改變半導(dǎo)體表面金屬的沉積量,可以觀測金屬體系在不同維度下的量子效應(yīng)。甚至超導(dǎo)材料,在依托金屬(超導(dǎo)體)-半導(dǎo)體界面構(gòu)型后,也展現(xiàn)出了新奇的物理特性,如量子尺寸效應(yīng)、超導(dǎo)特性的調(diào)控等。因此,金屬-半導(dǎo)體界面體系對于新奇物理現(xiàn)象的探索具有重要意義。在本論文的工作中,我們主要利用了分子束外延技術(shù)、變溫掃描隧道顯微術(shù)(掃描隧道譜)和第一性原理計(jì)算,研究了金屬鑭(La)和半導(dǎo)體硅(Si)界面之間的反應(yīng)過程和物理性質(zhì),包括界面重構(gòu)、硅化物薄膜生長、電子結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)特性。通過在高溫的Si(111)7×7襯底上沉積亞單層的La,金屬La和表面的Si發(fā)生反應(yīng),在表面形成一系列的重構(gòu),且重構(gòu)隨La覆蓋度的增加發(fā)生演化。在覆蓋度為0.2 ML[指體相Si(111)截止面的表面原子密度1 ML=7.8×10¹⁴/cm^-2]時(shí),表面形成5×2重...

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 亞單層沉積量下金屬引起的Si(111)表面的重構(gòu)
        1.1.1 金屬誘導(dǎo)的Si(111)表面重構(gòu)
        1.1.2 電子計(jì)數(shù)模型
        1.1.3 REM/Si(111)表面重構(gòu)
    1.2 稀土金屬硅化物的制備方法
    1.3 薄膜超導(dǎo)電性
        1.3.1 BCS理論
        1.3.2 超導(dǎo)薄膜的特性
    1.4 稀土金屬硅化物的超導(dǎo)電性
    1.5 論文結(jié)構(gòu)
第2章 實(shí)驗(yàn)技術(shù)
    2.1 超高真空技術(shù)
    2.2 分子束外延技術(shù)(MBE)
    2.3 反射式高能電子衍射(RHEED)
    2.4 低能電子衍射(LEED)
    2.5 掃描隧道顯微技術(shù)(STM)
        2.5.1 STM基本原理
        2.5.2 STM基本構(gòu)造與低溫強(qiáng)磁場技術(shù)的結(jié)合[143-145]
        2.5.3 掃描隧道譜(STS)
        2.5.4 針尖的制作與處理
    2.6 X射線光電子能譜(XPS)
    2.7 密度泛函理論(DFT)
    2.8 實(shí)驗(yàn)儀器介紹
    2.9 其它相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)
        2.9.1 PPMS
        2.9.2 ARPES
第3章 金屬La誘導(dǎo)的Si(111)表面的準(zhǔn)一維重構(gòu)
    3.1 研究背景
    3.2 實(shí)驗(yàn)方法
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        3.3.1 5×2重構(gòu)的原子排布與電子結(jié)構(gòu)
        3.3.2 2×3重構(gòu)的原子排布與電子結(jié)構(gòu)
        3.3.3 (2m+1)×6重構(gòu)
        3.3.4 討論
    3.4 本章小結(jié)
第4章 界面效應(yīng)對LaSi₂(112)/Si(111)超導(dǎo)電性的影響
    4.1 研究背景
    4.2 實(shí)驗(yàn)方法
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        4.3.1 LaSi₂(112)的外延生長和結(jié)構(gòu)表征
        4.3.2 薄膜超導(dǎo)電性的測量
        4.3.3 STM/STS揭示LaSi₂薄膜的強(qiáng)耦合特性
        4.3.4 應(yīng)力對超導(dǎo)電性的增強(qiáng)效應(yīng)
        4.3.5 界面對超導(dǎo)電性的壓制作用
    4.4 本章小結(jié)
第5章 LaSi₂(112)薄膜電子結(jié)構(gòu)的研究
    5.1 背景介紹
    5.2 實(shí)驗(yàn)方法
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        5.3.1 XPS與DFT對La與Si反應(yīng)前后電子態(tài)的研究
        5.3.2 輸運(yùn)測量LaSi₂的載流子類型
        5.3.3 電子態(tài)密度(DOS)的計(jì)算
        5.3.4 能帶結(jié)構(gòu)的測量和計(jì)算
    5.4 本章小結(jié)
第6章 論文總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 論文展望
        6.2.1 La/Si(111)-3^1/2× 3^1/2重構(gòu)
        6.2.2 LaSi₂的不同截止面
        6.2.3 CeSi2的制備與物性測量
        6.2.4 重費(fèi)米子體系的探索
參考文獻(xiàn)
附錄 水與NiO(111)小面相互作用的膜厚調(diào)控研究
    S.1 背景介紹
    S.2 實(shí)驗(yàn)方法
    S.3 結(jié)果與分析
        S.3.1 具有小面結(jié)構(gòu)的NiO(111)薄膜的制備和結(jié)構(gòu)表征
        S.3.2 水與不同厚度具有小面結(jié)構(gòu)NiO(111)表面的相互作用
        S.3.3 水與NiO(001)表面的相互作用
        S.3.4 分析與討論
    S.4 小結(jié)
    附錄 參考文獻(xiàn)
個(gè)人簡歷及發(fā)表文章目錄
致謝



本文編號：3880731