離子液體中鍺在單晶電極表面的電沉積研究及量子電導測量.pdf

1、塊體的Ge是間接帶隙半導體，其光學帶隙寬度較小、發(fā)光效率低，且發(fā)光峰位于近紅外，從而限制了Ge材料在光學器件上的應(yīng)用。而納米尺寸的Ge是直接帶隙半導體，在光學和電學方面表現(xiàn)出特別的物理化學性質(zhì)。與Si相比，Ge具有0.67eV的窄帶隙、電子和空穴的有效質(zhì)量小、載流子遷移率高，故Ge更適合用于發(fā)光器件、存儲器件和光電探測器件。因此，Ge納米結(jié)構(gòu)的制備和性質(zhì)研究受到了人們的廣泛關(guān)注。目前，文獻工作中已制備了Ge的多種納米結(jié)構(gòu)，并對其形貌、結(jié)

2、構(gòu)、光學和電學特性進行研究。然而，要將Ge的納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用到納米電子學和納米光電子學器件中還需了解其量子輸運性質(zhì)。同時，Ge原子線的構(gòu)建及其量子輸運性質(zhì)研究也是納電子學領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。目前對Ge量子電導的研究多使用傳統(tǒng)STM-BJ法進行異質(zhì)機械裂結(jié)構(gòu)建金屬-半導體量子點接觸，其斷裂情況復雜結(jié)果難以分析。而基于跳躍接觸(jump-to-contact)的電化學掃描隧道顯微術(shù)裂結(jié)法(ECSTM-BJ)可保證每次提拉都發(fā)生同質(zhì)斷裂，從而獲得

3、能直接體現(xiàn)Ge原子線的量子輸運性質(zhì)的測量結(jié)果。
　　本論文利用基于跳躍接觸的電化學掃描隧道顯微鏡裂結(jié)法，以離子液體為溶劑在Au(111)和Pt(111)表面構(gòu)建Ge原子線并進行量子電導測量。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1、利用電化學循環(huán)伏安技術(shù)和現(xiàn)場STM技術(shù)，研究了離子液體BMIPF6中Ge在Au(111)和Pt(111)表面的電化學沉積過程，探討了不同基底上Ge的電沉積行為。研究表明，Ge在Au(111)和Pt(111

4、)表面的電沉積行為基本一致，包含四價Ge還原為二價Ge，兩層欠電位沉積，以及Ge的本體沉積等過程。第一層欠電位沉積Ge形成帶有縫隙的膜狀亞單層結(jié)構(gòu)，第二層欠電位沉積Ge形成分立的點狀結(jié)構(gòu)。上述電沉積研究為Ge量子電導的測量提供了電位選擇的基礎(chǔ)。
　　2、利用基于“jump-to-contact”的電化學STM裂結(jié)法實現(xiàn)了半導體的納米構(gòu)筑，在Au(111)和Pt(111)表面得到了Ge的納米團簇陣列，并測量了該過程中構(gòu)建的Ge原子線

5、的量子電導。在低電導區(qū)Au(111)和Pt(111)表面得到的電導曲線都傾向于在0.025、0.05G0處出現(xiàn)臺階，同時電導統(tǒng)計圖顯示Ge的量子電導也都集中分布在0.02G0到0.15G0之間。這表明用本實驗方法構(gòu)建Ge原子線時發(fā)生的是Ge的同質(zhì)斷裂，統(tǒng)計數(shù)據(jù)體現(xiàn)的是Ge的量子輸運性質(zhì)，沒有受到基底材料的影響。在較高的電導區(qū)間內(nèi)，觀察到了半導體量子電導研究中普遍存在的0.5G0處的電導臺階。
　　3、初步研究了光照對Ge電沉積行為

6、的影響。與無光照條件下的電沉積過程相比，在波長為650mn的紅光照射下，Ge在Au(111)表面的起始沉積電位正移了60mV，第二層欠電位沉積成長過程明顯加快，第一層欠電位沉積的溶出過程伴隨著Au(111)表面的嚴重刻蝕;在波長為532nm的綠光照射下，Au(111)表面刻蝕發(fā)生在第一層欠電位沉積基本完全溶解之后，且程度輕于紅光下Au(111)的刻蝕。發(fā)生上述刻蝕現(xiàn)象的可能原因是光照下沉積Ge與Au(111)表面有較強的相互作用。紅光和