图 2 (a) A7 菱面体晶胞中 A 1g(纵向,橙色箭头)和 E g(横向,蓝色箭头)模式的示意图。坐标为六边形索引,即 z 轴为六边形 (001),对应于菱面体索引中的 (111) 平面。在平衡状态下,晶胞内的 Bi 原子(绿色原子)位于对角轴上的 (0.48:0.52) 位置。虚线圆标记了沿对角轴的中心位置。(b) Bi 薄膜的拉曼光谱,范围从 4 nm 到 80 nm。80 nm 和 50 nm 薄膜中的特征 E g 和 A 1g 模式以橙色垂直线标记作为参考。
𝑑 𝑥 2 −𝑦 2 和 𝑑 3𝑧 2 −𝑟 2 个轨道,其中 I oop = [ I 90 ˚− I 30 ˚•sin 2 30˚)/cos 2 30˚]。为了简化
能够生长出二维 (2D) 材料等尖端晶体材料的高质量异质外延膜,是开发前沿技术应用的先决条件。二维材料(及其异质结构)是一种堆叠结构,相邻块之间具有弱范德华 (vdW) 相互作用,而每个块内具有强共价键。这一特性使得我们有可能分离二维晶片,将其用作构建块,以创建堆叠的二维晶体序列(称为 vdW 异质结构),这种结构具有新奇的特性和奇特的物理现象。[1,2] vdW 异质结构为电子学、光电子学、柔性器件、传感器和光伏等领域的广泛应用铺平了道路。[3–5] 然而,要实现工业化应用,就必须发展大规模沉积,这就意味着必须掌握 vdW 外延生长技术。 [6] 尽管过去几年人们对范德华外延的兴趣重新燃起,研究工作也愈发深入,[7] 但对范德华外延的一般描述和完整理解将有助于快速解决许多问题。例如,当使用石墨烯或其他二维晶体作为缓冲层时,对于范德华外延,下面的衬底仍可能与正在生长的薄膜相互作用。[8–15] 人们还观察到了二维和三维材料生长之间的中间行为,实际上允许在这些材料中进行应变工程。[16–21] 因此,二维材料的外延规则非常有必要,以便预测衬底表面相互作用、范德华异质结构可比性和界面生长过程中的应变弛豫。范德华能隙的形成是决定二维材料行为的基本特征。[22] 在这方面,衬底表面的电子特性和形貌在薄膜生长的早期阶段起着关键作用。生长中的薄膜和基底之间的键可以形成在悬空键和缺陷上[13,23],也可以形成在扭结和台阶边缘,从而阻止范德华能隙的形成并决定应变的积累。[16]基底和外延层之间的不同对称性也会引起一定量的应变。[24]因此,如果沉积的2D材料没有完全弛豫,则不会发生范德华外延。为了对范德华外延进行一般性描述,我们在这里研究了一个基于硫族化物 (GeTe) m (Sb 2 Te 3 ) n 合金 (Ge-Sb-Te 或 GST) 的示例案例,该合金位于 InAs(111) 表面上。GST 是一种关键的相变材料 (PCM),因其尖端技术应用而得到广泛研究。它是一种突出的
这是作者创作的、未经复制编辑的一篇文章的版本,该文章已被《J. Phys.: Condensed Matter》接受发表。 IOP Publishing Ltd 对此版本手稿或由此衍生的任何版本中的任何错误或遗漏不承担任何责任。记录版本可在线获取:http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/27/18/185303。 SiC 上的外延石墨烯:通过基板预处理改变结构和电子传输性能
单层外延石墨烯 (EG) 已被证明具有非常有利的特性,可继续推进量化霍尔电阻 (QHR) 标准 [1- 3]。由于基于 EG 的 QHR 器件会因大气分子掺杂剂的吸附而发生不可预测的载流子密度 (ne) 随时间漂移,因此了解如何在环境条件下稳定 ne 至关重要。这样的改进使这些设备易于使用,并延长其商业使用寿命。在电阻计量中,需要在易接近的磁通密度(B 场)下将 n e 控制在 1 × 10 11 cm -2 和 3 × 10 11 cm -2 之间的窄范围,以产生 R H = h /2 e 2 的电阻平台。尽管早期在控制 EG 器件中的 n e 方面的努力取得了一系列成功 [4-6],但要找到一种完全可逆的方法,同时仍保持 EG 的计量实用性,却非常困难。这项研究提出了一种解决方案,即 EG 器件即使在空气中长期储存也能保持恒定的低 n e 值。这种稳定性是通过使用三羰基铬 - Cr(CO) 3 对 EG 进行功能化来实现的。根据这些低而稳定的 n e 值,描述了一种可重复的 n e 调整过程(通过退火)[7],使最终用户更容易调整器件。
能够生长出二维 (2D) 材料等尖端晶体材料的高质量异质外延膜,是开发前沿技术应用的先决条件。二维材料(及其异质结构)是一种堆叠结构,相邻块之间具有弱范德华 (vdW) 相互作用,而每个块内具有强共价键。这一特性使得我们有可能分离二维晶片,将其用作构建块,以创建堆叠的二维晶体序列(称为 vdW 异质结构),这种结构具有新奇的特性和奇特的物理现象。[1,2] vdW 异质结构为电子学、光电子学、柔性器件、传感器和光伏等领域的广泛应用铺平了道路。[3–5] 然而,要实现工业化应用,就必须发展大规模沉积,这就意味着必须掌握 vdW 外延生长技术。 [6] 尽管过去几年人们对范德华外延的兴趣重新燃起,研究工作也愈发深入,[7] 但对范德华外延的一般描述和完整理解将有助于快速解决许多问题。例如,当使用石墨烯或其他二维晶体作为缓冲层时,对于范德华外延,下面的衬底仍可能与正在生长的薄膜相互作用。[8–15] 人们还观察到了二维和三维材料生长之间的中间行为,实际上允许在这些材料中进行应变工程。[16–21] 因此,二维材料的外延规则非常有必要,以便预测衬底表面相互作用、范德华异质结构可比性和界面生长过程中的应变弛豫。范德华能隙的形成是决定二维材料行为的基本特征。[22] 在这方面,衬底表面的电子特性和形貌在薄膜生长的早期阶段起着关键作用。生长中的薄膜和基底之间的键可以形成在悬空键和缺陷上[13,23],也可以形成在扭结和台阶边缘,从而阻止范德华能隙的形成并决定应变的积累。[16]基底和外延层之间的不同对称性也会引起一定量的应变。[24]因此,如果沉积的2D材料没有完全弛豫,则不会发生范德华外延。为了对范德华外延进行一般性描述,我们在这里研究了一个基于硫族化物 (GeTe) m (Sb 2 Te 3 ) n 合金 (Ge-Sb-Te 或 GST) 的示例案例,该合金位于 InAs(111) 表面上。GST 是一种关键的相变材料 (PCM),因其尖端技术应用而得到广泛研究。它是一种突出的
能够生长出二维 (2D) 材料等尖端晶体材料的高质量异质外延膜,是开发前沿技术应用的先决条件。二维材料(及其异质结构)是一种堆叠结构,相邻块之间具有弱范德华 (vdW) 相互作用,而每个块内具有强共价键。这一特性使得我们有可能分离二维晶片,将其用作构建块,以创建堆叠的二维晶体序列(称为 vdW 异质结构),这种结构具有新奇的特性和奇特的物理现象。[1,2] vdW 异质结构为电子学、光电子学、柔性器件、传感器和光伏等领域的广泛应用铺平了道路。[3–5] 然而,要实现工业化应用,就必须发展大规模沉积,这就意味着必须掌握 vdW 外延生长技术。 [6] 尽管过去几年人们对范德华外延的兴趣重新燃起,研究工作也愈发深入,[7] 但对范德华外延的一般描述和完整理解将有助于快速解决许多问题。例如,当使用石墨烯或其他二维晶体作为缓冲层时,对于范德华外延,下面的衬底仍可能与正在生长的薄膜相互作用。[8–15] 人们还观察到了二维和三维材料生长之间的中间行为,实际上允许在这些材料中进行应变工程。[16–21] 因此,二维材料的外延规则非常有必要,以便预测衬底表面相互作用、范德华异质结构可比性和界面生长过程中的应变弛豫。范德华能隙的形成是决定二维材料行为的基本特征。[22] 在这方面,衬底表面的电子特性和形貌在薄膜生长的早期阶段起着关键作用。生长中的薄膜和基底之间的键可以形成在悬空键和缺陷上[13,23],也可以形成在扭结和台阶边缘,从而阻止范德华能隙的形成并决定应变的积累。[16]基底和外延层之间的不同对称性也会引起一定量的应变。[24]因此,如果沉积的2D材料没有完全弛豫,则不会发生范德华外延。为了对范德华外延进行一般性描述,我们在这里研究了一个基于硫族化物 (GeTe) m (Sb 2 Te 3 ) n 合金 (Ge-Sb-Te 或 GST) 的示例案例,该合金位于 InAs(111) 表面上。GST 是一种关键的相变材料 (PCM),因其尖端技术应用而得到广泛研究。它是一种突出的
必须充分利用它们的物理特性并成功实现器件,例如各种成功的 III-V 半导体器件 40,41 ——最终目标是外延和单晶生长。Sb2Te3(以及其他拓扑绝缘体,如 Bi2Te3 和 Bi2Se3)的外延膜已通过分子束外延工艺直接生长,29,30 该技术在批量生产中显示出其局限性。另一方面,化学气相沉积技术存在形态控制不佳的问题,我们专门研究了 MOCVD 在这方面的研究。 TI 生长中常用的衬底,例如 Si(100)、Si(111) 和 Al 2 O 3 (0001),与 Sb 2 Te 3 (以及一般的 TI) 存在明显的晶格失配,因此在存在旋转畴的情况下,会生长为取向性较差的多晶层 23,32 – 34 ,只有少数例外 42,43
石墨烯是第一种真正的二维材料,[1] 是形成简单六边形晶格的单层碳。剥离的石墨烯薄片表现出了高迁移率和异常量子霍尔效应 (QHE) 等显著的电学特性,引起了人们对其在许多实际应用中的极大兴趣。[2–5] 然而,由于剥离的石墨烯薄片的尺寸限制(通常高达几十微米),石墨的机械剥离无法提供适用于商业晶圆尺寸电子器件或精确电阻计量的石墨烯。当 SiC 衬底在超高真空或惰性气体氛围中以高于 1000°C 的温度退火时,Si 升华后碳会残留在 SiC 表面并重新排列形成石墨烯层。这种外延石墨烯 (EG) 已准备好用于大规模器件制造,无需转移到另一个绝缘基板上。在六边形 SiC 晶片的硅端面 (Si 面) 上生长的石墨烯由于与 SiC 晶体的方位角取向一致,可以形成大域。与在相反 (碳) 面上生长的石墨烯相比,在 Si 面上,EG 还具有更可控的生长动力学。最近,通过优化
石墨烯是第一种真正的二维材料,[1] 是形成简单六边形晶格的单层碳。剥离的石墨烯薄片表现出了高迁移率和异常量子霍尔效应 (QHE) 等显著的电学特性,引起了人们对其在许多实际应用中的极大兴趣。[2–5] 然而,由于剥离的石墨烯薄片的尺寸限制(通常高达几十微米),石墨的机械剥离无法提供适用于商业晶圆尺寸电子器件或精确电阻计量的石墨烯。当 SiC 衬底在超高真空或惰性气体氛围中以高于 1000°C 的温度退火时,Si 升华后碳会残留在 SiC 表面并重新排列形成石墨烯层。这种外延石墨烯 (EG) 已准备好用于大规模器件制造,无需转移到另一个绝缘基板上。在六边形 SiC 晶片的硅端面 (Si 面) 上生长的石墨烯由于与 SiC 晶体的方位角取向一致,可以形成大域。与在相反 (碳) 面上生长的石墨烯相比,在 Si 面上,EG 还具有更可控的生长动力学。最近,通过优化