若干半导体纳米结构的生长机制及其拉曼散射研究

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1、白京犬蘑研究生毕业论文(申请博士学位)May,2011圃够南京大学研究生毕业论文：若干半导体纳米结构的生长机制及其拉曼散射研究毕业论文题目：羞王主曼堡纳鲞丝塑鲍生益垫剑丛甚垫曼邀盟盈塞丝垫王堂鱼固签垫王鲎专业2QQ墨级博士生姓名．I室9垄堑指导教师(姓名、职称)：一IIYlllq12qIllLH37IM2111lIIl19IIIll哕摘要近年来，随着纳米科学技术的发展，作为硅基光电集成的半导体纳米材料成为了科学研究的热点。半导体纳米结构材料中的表面、界面结构及成分变化直接影响纳米材料的生长及其新的功能特性。为了更加清

2、楚地了解与此相关的物理特性，我们进行了一系列的理论和实验研究，揭示了一些半导体纳米结构的生长机制及其声子特性，主要研究成果如下：1、有序的非晶Si纳米岛阵列制备及其反射谱特性研究。采用多孔阳极氧化铝薄膜技术成功地制备了高度有序的半球形Si纳米岛阵列，Si纳米岛的直径大约可控制在30．120nlTl。反射谱测量表明，反射谱峰位随着纳米岛尺寸和入射光波的入射角减小而发生红移现象，用严格的耦合波动理论很好地解释了这个现象。2、表面极化引起的非晶树叶状Si02螺旋纳米带形成机制。通过热蒸发方法制备了具有等距离明暗相间条纹的非

3、晶树叶状Si02螺旋纳米带，研究表明，这种螺旋结构表面有一层很薄的Si02极性晶体层，它的内剪切应力的不平衡导致了这种周期性结构的产生，我们利用极性曲面驱动机理很好地解释纳米带边缘处的周期性明暗相间条纹的产生与消失过程。3、晶体Si纳米线的氧化机理。拉曼散射研究表明，当晶体Si纳米线直径尺寸小于4rim时，氧化过程中由于内部应力的作用将会使得完整Si纳米线分裂成被非晶Si包围的许多Si纳米晶颗粒，因此使用线的声子限制效应转变成点的声子限制效应是解释TO声子谱变化的关键，这种线到点的结构改变对电摘要学与光学特性也有重要

4、的影响。4、Ge纳米晶镶嵌非晶Si02介质薄膜的拉曼散射。实验发现位于300cml处的Ge．Ge光学声子的频率强烈地依赖于薄膜中Si的含量。在大的Si浓度下，Ge纳米晶表面就会形成一层很薄的GeSi界面层，该层产生的张力部分地抵消了Si02介质的压力，致使Ge．Ge光学声子模的频率向低波数移动，同时半宽也相应地增大，声子限制和压力效应很好地解释了Ge．Ge光学声子的行为。低频拉曼散射结果还揭示了一个位置和半宽与Ge颗粒尺寸无关的表面声学声子模，理论研究表明，它的起源同GeSi界面层中声阻抗的变化密切相连。5、Geo．

5、54S沁6孪晶纳米颗粒在非晶Si02介质薄膜中的生长机制。制备了具有不同结构的Geo5aS沁6孪晶纳米晶颗粒。研究发现，快速冷却处理产生的内部张力使得局部临近的纳米颗粒快速团聚，由于缺乏充足的时间去形成单晶结构，导致了孪晶在纳米晶内部的产生。孪晶纳米晶有很大的表面自由能，高温下孪晶纳米晶重构，使得孪晶转变成单晶结构。拉曼散射研究发现，当Si含量较高时(x>0．62)，Si。Gel．x纳米晶镶嵌的非晶Si02介质薄膜在430cm。处有一个新的Si．Si光学声子振动模。理论研究表明，该模的出现与局域Si团簇在Si。Gel

6、．x合金纳米颗粒内部的存在密切相关，因此该模可作为判断Si团簇在Si。Gel．x合金纳米颗粒内部存在的依据。6、发光3C．SiC纳米晶薄膜中纵向光学声子与表面等离激元的耦合效应。拉曼实验发现，随着3C．SiC纳米晶尺寸的增大，LO声子的拉曼峰强度迅速增强甚至超过了横向光学声子(TO)模的强度，这种拉曼模行为不能用声子限制效应解释，考虑LO声子与纳米晶颗粒表面畸变层和丙三醇钝化层共同作用引起的缺陷等离激元的耦合，我们非常好地解释了观察到的结果。关键词：有序非晶Si纳米岛、非晶Si02纳米带、晶体Si纳米线、SixGel

7、．。合金纳米晶颗粒、孪晶纳米颗粒、3C．SiC纳米纳米晶薄膜、LO声子与等离激元耦厶口II南京大学研究生毕业论文：若干半导体纳米结构的生长机制及其拉曼散射研究THESIS：FormationmechanismsandRamanscatteringofsomesemi—conductornanostructuresSPECIALIZATION：MicroelectronicsandsolidelectronicsPOSTGRADUATE：LiuLizheMENTOR：Prof．WuXinglongAbstractRec

8、ently，withthedevelopmentofnanotechnology，thesemiconductormaterialsusedasSi-basedoptoelectronicintegratedmaterialhaveattractedanincreasingin．terest．Theinterfacialandsurfacela