Photoemission Study of Subband Effective Masses of Quantum Well States in Pb Thin Films on Ge(111)

鉛薄膜在鍺(111)表面的量子井態之有效質量之光電子能譜研究

李昌曄(Chang-Yeh Lee)

指導教授 ： 唐述中

國立清華大學/理學院/物理學系/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2009.00463

摘要

我們在新竹的國家同步幅射中心成功的在鍺（111）和鉛重構（β-phase ）的基底上製備平坦的鉛薄膜並且利用高解析度的角解析光電子能譜觀察到隨著層數變化的量子井態，我們紀錄下2到11層鉛薄膜的電子動能隨角度變化的二維影像進而得到佔有電子態在倒空間中的能譜，觀察實驗所得到的能帶分佈發現自薄膜厚度為奇數層與偶數層時有著截然不同的故事。偶數層時的量子井態的能帶分佈展現鍺的特性近似彎曲向下的拋物線，此獨特的現象是因為鉛薄膜的電子態跟鍺基底的價電帶邊緣有強烈的交互作用，隨著鉛薄膜的厚度增加此能帶分佈漸漸遠離鍺的性質而展現鉛的特性，使原本彎向下的能帶分佈隨著鉛薄膜的厚度增加漸漸拉平。而在奇數層時此量子井態的能帶分佈展現鉛的特性近似向上彎曲的拋物線（自由電子），但隨著薄膜厚度的增加量子井態的能帶分佈卻漸漸遠離鉛的特性，這是因為在奇數層時隨著鉛薄膜厚度的增加量子井態的能帶分佈在垂直方向上的束縛能越來越靠近鍺的價電帶最大值使得量子井態之電子態與鍺基底的交互作用增強，這個現象導致量子井態的能帶分佈不但沒有隨著鉛薄膜厚度的增加而展現鉛的特性反而因為和鍺基底的交互作用增強而遠離鉛的特性將原本彎曲向上的能帶分佈漸漸拉平。因為在奇數層與偶數層時量子井態的能帶分佈展現不同的特性，所以在垂直方向上的有效質量也隨著層數有著奇偶的震盪，此有效質量的奇偶震盪不只隨著薄膜層數的增加越來越大還包涵了正負值的變化，在奇數層時為正、偶數層時為負。有效質量隨著薄膜厚度有正負震盪的變化是首次發現的特別現象，有效質量與載子在外場下的移動速度有很密切的關係，將來我們希望能夠測量此鉛薄膜在鍺基底系統的側向導電性質，來幫助我們瞭解此系統的應用價值。

關鍵字

量子井態 ； 光電子能譜

參考文獻

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