《金屬吸附層對納米金屬/Si接觸體系電學特性的調控》是依託復旦大學，由蔡群擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬吸附層對納米金屬/Si接觸體系電學特性的調控
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：蔡群
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬/半導體接觸是固體物理中重要的基礎性問題，是積體電路金屬化系統一個必要組成部分，在半導體器件中套用非常廣泛。器件線度的不斷減小引發大量新問題和新現象出現，納米尺度金半接觸體系的電傳輸特性與巨觀接觸體系相比發生了很大改變。目前已有的實驗結果存在頗多爭議之處，其內在物理機制也很不明確。本項目擬利用超高真空掃描隧道顯微術的電學測試裝置及其它相關實驗手段，從Si表面生長的金屬納米島等低維體系入手，系統研究納米金半接觸體系的電傳輸特性，觀測其與小尺寸或量子化效應有關的物理現象。通過引入Ag、Pb、Bi等金屬吸附層或其表面再構，調控表面電子結構和導電狀態以及納米島的尺度分布；結合採用氣體吸附等處理方法，重點探索表面電導、隧穿效應等因素的作用及其規律；進而通過一定的理論分析研究，期望揭示掌握納米金屬/Si接觸體系電傳輸特性背後的物理機制，獲得具有重要學術價值的研究成果。
結題摘要
近十幾年來，半導體器件線度的不斷減小引發大量新現象和新問題出現。金半接觸體系作為積體電路金屬化系統一個必要組成部分，在納米尺度其電傳輸特性與巨觀接觸體系的相比發生了很大變化，其內在物理機制也並不明確。本項目利用超高真空掃描隧道顯微術及其它相關實驗手段，對不同半導體材料表面生長金屬納米島形成的納米金半接觸體系電傳輸特性進行深入研究，通過選取合適的金屬浸潤層調控襯底表面導電狀態，重點探索表面電導和隧道效應等對接觸結構電學性質的作用，找到抑制襯底表面導電通道的實驗方法，分析掌握相關物理機制。研究內容主要涉及：在Si(001)和(111)表面生長兩種金屬，通過摸索生長次序、覆蓋度及退火溫度等條件，製備形成了合適的Er納米島，掌握了Ag浸潤層襯底表面導電狀態的控制條件，獲得了抑制襯底表面導電通道的實驗方法，進而原位探究分析了Er納米島/Si接觸體系內在的電傳輸特性，觀測到接觸結電流密度隨著接觸面積變化呈現出奇特的振盪現象。在SiC(0001)表面外延石墨烯上Er插層生長，構建不同體系金屬納米島/半導體接觸結構，利用石墨烯調控納米金半接觸體系的形成和電傳輸特性。實驗發現界面區域Er形成的結構形貌與其覆蓋度及溫度密切相關。實驗中還觀測到樣品表面存在的花型缺陷及其高溫退火過程中結構演化現象，發現花型缺陷會在表面移動聚集合併成新型缺陷；DFT理論計算表明缺陷可在石墨烯能帶結構中引入能隙，使其態密度在費米能級附近呈現新的van Hove奇異態，這對調控石墨烯器件傳輸特性提供了新的科學思路。研究了Bi2Te3薄膜厚度對其電輸運特性的影響，探索表面電導在拓撲絕緣體電輸運特性中的作用。通過低溫下實驗觀測Bi2Te3超薄膜磁場中WAL效應和SdH振盪現象，發現二維表面電導在拓撲絕緣體薄膜電傳輸特性中起著決定性作用，10nm薄膜其載流子遷移率達6030cm2/Vs；輸運實驗測得HLN方程係數為~ 0.5，證明傳輸電導主要來自薄膜下表面貢獻。這些研究結果對今後半導體器件的發展套用具有重要的指導意義。
