以超短脈衝雷射沉積技術製作鍺/矽薄膜之研究

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江承恩(Cheng-en Jiang) 查詢紙本館藏

畢業系所

物理學系

論文名稱

以超短脈衝雷射沉積技術製作鍺/矽薄膜之研究
(growth of Ge/Si thin film with ultrashort pulse laser deposition and its study)

相關論文

★ GW準粒子於Mn3O4和GaN的激發態性質計算	★ 混合物種與低溫冷凍原子團簇噴流的發展
★ 以雷射脈衝對磁性薄膜進行超快磁轉化及其動態時間解析	★ 以脈衝雷射沈積製造FeBO3薄膜
★ 共焦拉曼與螢光顯微鏡之發展及其在材料診斷上之應用	★ 以光激發黑色素來清除細胞環境中之活性氧之探討
★ 發展在電漿波導式雷射電漿波電子加速器中誘發電子注入與X 光產生之技術	★ 莫斯堡光譜儀的建造以及其應用到FeCO3薄膜的診斷
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★ 一百兆瓦雷射系統之建造與在結構化電漿波導之應用	★ 以基質輔助脈衝雷射蒸鍍法製備聚3-己基噻酚/(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯有機太陽能電池
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★ 以脈衝雷射沉積與脈衝雷射退火製造鍺/矽量子點與成長鍺薄膜於單晶矽上並應用於光偵測器的研究	★ 以工程技術調控SnSe和CaZn2Sb2熱電材料於廢回收之應用

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摘要(中)

探討以超短脈衝雷射沉積技術製作鍺/矽薄膜之表面型態學。主
要以原子力顯微鏡(AFM)作為主要診斷工具，包含了解鍺薄膜成長的
時間演化過程、膜厚與基板溫度對磊晶成長的影響、電漿噴流密度之
角度分布定性分析。
接著，並使用共焦拉曼螢光顯微鏡量測鍺薄膜的拉曼光譜，由拉
曼偏移訊號半高寬判斷鍺薄膜的結晶性，並與原子力顯微鏡觀察到的
表面結構比較。
最後，比較原子力顯微鏡與膜厚量測器(alpha stepper)所量測
的薄膜表面高低起伏程度是否結果一致。並根據alpha stepper 量測
之鍺薄膜平均膜厚值、雷射發數，進一步得到每發雷射所成長的平均
膜厚。
未來工作將參考每發雷射所成長的平均膜厚值，以超短脈衝雷
射沉積技術製作鍺/矽量子點。同時在進行量子點製程時，以中紅外
光控制量子點的大小。以期將尺寸大小相同的量子點應用於量子計算
實驗中。

摘要(英)

We show that the islands formed in Stranski-Krastanow (SKI growth of Ge on Si(100) are initially
dislocation-free. Island formation in true SK growth should be driven by strain relaxation in large,
dislocated islands. Coherent SK growth is explained in terms of elastic deformation around the islands,
which partially accommodates mismatch. The limiting critical thickness, h,, of coherent SK islands is
shown to be higher than that for 2D growth. We demonstrate growth of dislocation-free Ge islands on
Si to a thickness of -- 500 A, 50x higher than h, for 2D GeISi epitaxy.

關鍵字(中)

★ 超短脈衝雷射沉積
★ 鍺/矽薄膜

關鍵字(英)

★ ultrashort pulse laser deposition
★ Ge/Si thin film

論文目次

中文摘要
英文摘要
致謝
目錄
圖目錄
第一章緒論........................................1 .
第二章共焦拉曼與螢光顯微鏡之原理與設計............8
2-1 共焦顯微鏡的介紹...........................8
2-1-1 共焦顯微鏡之原理及優點................8
2-1-2 共焦顯微鏡之理論.....................10
2-2 拉曼效應之機制............................13
2-3 共焦拉曼與螢光顯微鏡......................15
2-3-1 光學架構.............................15
2-3-2 光譜校正.............................22
第三章飛秒級脈衝雷射沉積系統
3-1 脈衝雷射沉積法簡介........................25
3-2 脈衝雷射沉積法的機制......................26
3-3 PLD光路...................................28
3-4 實驗硬體設備..............................29
第四章超短脈衝雷射沉積(uPLD)技術製作鍺/矽薄膜及其診斷
……………………………………………………………… 32
4-1 以化學方法清洗矽基板流程...........................32
4-2 以原子力顯微鏡診斷鍺/矽薄膜之結果………………………33
第五章實驗結果分析與討論………………………………… 47
5-1 鍺/矽薄膜表面形態及其物理研究……………………………47
5-2 鍺/矽薄膜之拉曼光譜與結晶相………………………………53
5-3 鍺/矽薄膜表面平整度與uPLD 參數校正.................55
第六章結論及後續工作..................................59
附錄...................................................60
參考文獻...............................................67

參考文獻

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25The stencil chip has 14 freestanding membranes, 2 mm in length and
100 m in width; nominal diameter of the circular apertures is 350 nm
and the pitch 700 nm; stencils fabricated at Aquamarijn Filtration, The
Netherlands.
26Samples were prepared with various Ge thicknesses coverages . In PLD,
the deposited film thickness is controlled by varying the number of laser
pulses for a certain target-substrate distance provided that desorption from
the substrate is negligible.
27A. Bernardi, J. O. Ossó, M. I. Alonso, A. R. Goñi, and M. Garriga,
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30A. Rastelli, M. Stoffel, J. Tersoff, G. S. Kar, and O. G. Schmidt, Phys.
Rev. Lett. 95, 026103 2005 .
31For any given set of deposition parameters, the sizes of the dots are fairly
narrowly distributed. Their density can be further tuned by using stencils
with smaller or larger apertures and varying PLD parameters.

指導教授

陳賜原(Szu-yuan Chen)

審核日期

2011-7-28

推文