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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡名峰
研究生(外文):MingFeng Tsai
論文名稱:光子輔助式掃描穿隧能譜之研究
論文名稱(外文):The Research of Photoassisted Scanning Tunneling Spectroscopy
指導教授:果尚志
指導教授(外文):Gwo,Felix Shang-Jr
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:能帶彎曲表面復合光子輔助式表面光電壓
外文關鍵詞:band bendingsurface recombinationphotoassistedsurface photovoltage
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在本實驗中,於大氣中使用劈斷(Cleaver)的方式,準備乾淨鏡面的GaAs(110)、Si(111)及Si(111)(H)樣品,分別送入高真空環境中做電流對電壓曲線,及掃描穿隧能譜,並導入雷射光觀察受光的影響,最後則改變調制方式進行表面光電壓量測。
實驗中真空腔的真空度為10-6torr,樣品表面會產生氧化反應,樣品氧化後表面特性與乾淨表面特性是否適用於相同的機制及可能的機制為何,為本論文的主體。
由於所選用為直接與非直接能隙的樣品,直接能隙受光後光子能量直接轉移至電子上,而非直階能隙照光後能量分別轉移到電子及晶格上產生聲子。對此以GaAs照光後產生電子電洞對,而Si則產生熱電子為出發點。
在前述論點下,量測電流對電壓曲線則針對樣品受光影響為何來進行認識,並對電流對電壓曲線進行分析處理,可瞭解在相同探針與樣品間距下,照光與樣品偏壓改變對樣品電流特性的影響,並且對於因表面復合產生的表面能態改變量進行估計。
藉由穿隧電導的量測瞭解能帶彎曲受光影響,並試著去定義起始電壓,結果可得到未照光的正負起始電壓差接近能隙寬度,而照光後不同表面能態因表面復合現象或表面堆積電洞使起始電壓向外擴張。
掃描穿隧能譜則量測樣品表面能態密度特性,及照光後能譜峰值位置的改變,則可知表面能態密度與基板有關,而與未氧化前的表面能態無關。最後則綜合比較及利用表面光電壓量測表面電壓受光影響,並利用這個實驗方法驗証光對樣品產生影響的機制正如前述論點一致。
由實驗的結果可瞭解氧化後的直接能隙及非直接能隙半導體在奈米級區域大小受光的影響,這將對氧化機制認識有很大的幫助。

第一章 序論-------------------------- 1
第二章 實驗原理---------------------- 3
2.1 MIS半導體結構---------------------- 5
2.2 電流------------------------------- 11
a.熱電子發射電流----------------------- 11
b.穿隧電流----------------------------- 13
c.光電流------------------------------- 15
2.3 表面能態與表面光電壓--------------- 18
a.表面能態----------------------------- 18
b.表面能態電性與能帶彎曲--------------- 20
c.表面光電壓--------------------------- 22
第三章 實驗方法與訊號分析------------ 24
3.1 鎖相放大器量測原理----------------- 25
3.2 LabView輔助量測-------------------- 28
3.3 光學路徑配置----------------------- 30
3.4 未照光及照光反應穿隧能譜量測------- 31
3.5表面光電壓量測---------------------- 36
第四章 實驗數據與討論---------------- 39
4.1 GaAs(Zn)--------------------------- 39
4.2 Si(111)---------------------------- 61
4.3 Si(111)(H)------------------------- 75
4.4 綜合比較--------------------------- 89
4.5 表面光電壓------------------------- 96
第五章 結論--------------------------- 98
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