為探究Al液滴在GaAs表面的熟化行為,利用液滴外延法在GaAs襯底表面制備Al液滴。在零As壓環(huán)境下,通過控制退火時間有效控制Al液滴的生長、成核。結(jié)合熱力學(xué)原理和晶體生長理論對樣品形貌變化現(xiàn)象進(jìn)行物理解釋,構(gòu)建出液滴形貌變化過程中熟化、刻蝕和擴(kuò)散行為的基本模型。理論計(jì)算表明,液滴在熟化行為達(dá)到退火239 s的平衡點(diǎn)后,被向下刻蝕和向外擴(kuò)散兩個行為同時消耗。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020,49(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

(a～e)不同退火時間(0 s, 120 s, 300 s, 420 s, 600 s)下Al液滴形貌變化;(f)各退火時間下Al液滴形貌線度分析圖

2.1 Al液滴的形貌演變分析圖1(a)～(e) 為2 000 nm×2 000 nm的樣品表面AFM照片,從圖中可以看出,零As壓環(huán)境下,Al液滴在GaAs襯底表面上經(jīng)不同退火時間呈現(xiàn)出不同的形貌。襯底表面在退火0 s時出現(xiàn)大小不一的Al液滴;退火120 s時出現(xiàn)小納米孔,且液滴變大;退火300 s時液滴數(shù)量明顯減少,出現(xiàn)較大納米孔;退火420 s時只存在幾個大液滴,納米孔數(shù)量增加;退火時間達(dá)600 s的襯底表面只存在納米孔。襯底表面液滴與納米孔具體數(shù)量占比可從圖2看出,隨著退火時間的增加,納米孔數(shù)量占比逐漸增加,液滴數(shù)量占比逐漸減少,直至液滴全部消失,襯底表面只存在納米孔。

而匯聚時間越長,液滴尺寸越大,包含Al原子的數(shù)量越多,大液滴在完成熟化的同時向下擴(kuò)散,對襯底刻蝕形成如圖3(b)所示更大更深的納米孔[18]。對比退火600 s的最大納米孔(148.8 nm)與退火420 s的最大液滴平均直徑(213.5 nm),發(fā)現(xiàn)納米孔直徑明顯小于液滴直徑,如圖3(d)所示,這是由于Al液滴熟化過程由熱力學(xué)非平衡態(tài)趨于平衡態(tài)過程中,仍具有較高能量向外橫向擴(kuò)散,在液滴邊緣處形成盤狀結(jié)構(gòu),使得納米孔測量高度高于液滴外徑,將液滴看作一個球缺,球缺橫切“水平面”變高則底面半徑變小,此猜想液滴完成熟化的過程中,在向下刻蝕襯底的同時還會向外擴(kuò)散。綜上可推測孔徑大小幾乎由液滴大小決定,而液滴大小則由液滴熟化至平衡態(tài)的時間點(diǎn)(下文稱平衡點(diǎn))決定,但液滴的高度降低,液滴中Al原子的消耗由向下刻蝕襯底和向外擴(kuò)散兩方面因素決定。針對以上推測,下面將利用理論模型進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Al0.17Ga0.83As/GaAs（001）薄膜退火過程的熱力學(xué)分析[J]. 王一,楊晨,郭祥,王繼紅,劉雪飛,魏節(jié)敏,郎啟智,羅子江,丁召.  物理學(xué)報. 2018(08)



本文編號：3570132