镶嵌结构锗纳米晶电输运的研究.pdfVIP

维普资讯 2006年 6月 四川大学学报(自然科学版) Jun．2006 第43卷第3期 JournalofSichuanUniversity(NaturalScienceEdition) v0l_43 No．3 文章编号2006)03．0622—05 镶嵌结构锗纳米晶电输运的研究 张盛华 ，一，卢铁城2，，敦少博2，胡 强2，赵建君2，何 捷2 (1．桂林医学院物理教研室，广西桂林541004； 2．四川大学物理系 辐·射物理及技术教育部重点实验室，成都 610064) 摘要：利用离子注入然后退火的方法制备了镶嵌有锗纳米晶的二氧化硅复合薄膜，从拉曼散射 和透射电镜测量了解到薄膜中镶嵌有5～7nm大小的锗纳米晶层．研究了锗纳米晶层在常温 和低温下的电输运性质．结果表明：锗纳米晶在 100K--300K温度范围内符合莫特变程跳跃电 导(vRH)导电，100K以下的低温电导基本上是一常数，导电主要是电子在相邻纳米晶之间的 直接跃迁；经退火可消除离子注入引入的缺陷，能增加薄膜的电导；对由3×1017|cm 注量锗 离子注入制备的薄膜观察到半导体向金属导电的转变． 关键词：锗纳米晶；电输运 ；低温电导 中图分类号：0484．3 文献标识码 A 为设计更高速节能的存储器件和制备硅基半导体发光器件，从上世纪90年代以来半导体纳米颗粒 (如多孔硅，硅纳米晶和锗纳米晶等)[卜3]一直是国内外研究的热点．从 IBM提出硅纳米晶存储的概念以 来 4【I，各国科研人员从理论和实验上设计了各种基于硅和锗纳米晶的存储器件 5【．6J，对镶嵌有硅、锗纳米 晶的MOS或者MIS结构分析发现有电容。电压回线现象[7．8]，从而使设计具更高速、非衰减晶体管存储器 有了可能．国内中科院物理所和微结构所也开展了这方面的研究，用HfOz，Zr02和Al2o3代替二氧化硅 绝缘层，以改善MIS结构的电荷存储[9．10]．因此，研究镶嵌有锗纳米晶的二氧化硅薄膜的电输运机制有其 重要的意义． 对硅、锗纳米晶的电输运机制，国内外都提出了一些模型，认为它们的电导存在两个显著的特点：(1) 在很宽的温度范围内薄膜的电导激活能是渐变的；(2)在低温下薄膜仍保持很高的电导率[13]．日本的Mi— noruFujii在 1996年提出硅、锗纳米晶的电子输运来 自Hopping电导[ ；SouriBanerjee在液氦低温下制 备的锗纳米晶复合薄膜表现出库仑阻塞效应(Coulombblockade)，而常温下制备的薄膜则未发现此效 应 1【1；国内兰州大学徐刚毅等认为纳米硅同时存在两种输运机制：热激发辅助的电子隧穿和费米能级附 近定域态之间的Hopping电导；高温时(T200K)以电子隧穿为主，低温时(T100K)则以Hopping 电导为主[13】．目前普遍的看法是纳米硅或锗在高温和低温下的电输运机制明显不同．总之，无论从实验上 还是从理论上，目前对纳米硅或锗的电输运机制还远没有形成统一的认识． 我们采用离子注入后再退火的方法制备镶嵌于二氧化硅薄膜中的锗纳米晶样品，关于离子注入制备 纳米晶的电输运研究还未见报道．我们测量了不同样品在常温和低温下的，_ 曲线及电导温度曲线，提 出了纳米晶在不同温度段的电输运原理 ，讨论了不同离子注量对电输运的影响． 收稿 日期：2006—0325 作者简介：张盛华(1965一)，女，讲师，广西桂林医学院物理教研室工作，于2005--2006学年在四J1I大学物理学院作访 问学者． *通讯作者 维普资讯 第3期 张盛华等：镶嵌结构锗纳米晶电输运的研究 623 1 实验 样品的制备过程是先在(111)硅片上通过干氧一湿氧。干氧法制备厚度为5oooA的非晶二氧化硅薄膜； 用电弧放电的方法电离固定的锗棒，先将电离出的锗离子在40kV加速