基于环境扫描电镜原位研究ZnO极性表面同质外延形貌形成机制
原位研究材料的生长过程是研究其生长机制的先进方法,其中使用扫描电镜原位观察生长过程中的形貌变化是最为直接、有效的方法.ZnO是直接带隙宽禁带半导体材料,具有非常大的激子束缚能(约60 meV),这使得ZnO在光电领域具有非常广阔的应用前景.为得到优异的器件性能,ZnO基材料需有非常好的晶体质量与极性表面界面结构.因此,需要搞清楚ZnO在极性表面外延生长的物理机制,控制外延形貌;为此,作者结合环境扫描电子显微镜原位生长ZnO微纳结构的方法,深入分析了其极性表面同质外延形貌的形成机制. 首先采用解理Zn0微米线的方法制备高质量的Zn终止和0终止极性表面;然后利用环境扫描电镜原位、实时地观察这两个极性表面上外延生长过程，并利用高分辨扫描电镜来观察其外延形貌;进而总结在不同生长条件下外延形貌的形成规律;最后结合第一性原理计算模拟来分析其物理机制。通过实验研究得到了Zn0在Zn面上呈锥状生长与柱状生长的普遍规律，找到了控制其形貌的实验条件。通过原子台阶结构的形成能计算，作者分析得到在Zn面上易于形成0原子终止的台阶，便易于形成锥状结构，然而富Zn的条件下，Zn原子终止的台阶也将占据一定能量优势，故而实现平坦表面与柱状生长。在0面上，通常生长条件下以岛状生长为主，在富Zn条件下微米线边缘长成围栏状微结构，这源于0面上能量最优化的Zn原子终止的台阶结构，该结构也能够促进台阶推进生长模式。本工作的结果将为器件的结构设计，尤其是极性表面界面的设计制备提供非常有利的依据。
氧化锌半导体 极性表面 同质外延形貌 环境扫描电镜 原位研究材料
朱瑞 赵清 徐军 陈莉 俞大鹏
北京大学电子显微镜实验室,北京 100871;北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室,北京 100871 北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室,北京 100871 北京大学电子显微镜实验室,北京 100871
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114-114
2013-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）