β - FeSi2 / Si 量子點應變場之X 光繞射研究

在半導體的電性或發光材料的發光特性之研究, 晶格常數扮演著重要的角色, 因為晶格常數的差異, 將直接影響到能帶結構, 進而改變各種特性。然而, 兩種或多種不同物質的交界處, 要精準的量測介面附近的晶格常數變化, 是相當不容易的, 而本文將以布拉格-表面繞射(Bragg-surface diffraction:BSD) 的方法, 針對β-FeSi2/Si 量子點系統進行基底矽單晶在介面以下的晶格常數變化, 佐以掠角繞射(grazing incidence X-Ray diffraction: GIXD) 觀察在介面以上的量子點分佈情形。 BSD為複繞射(X-ray multiple-wave diffraction) 的一個特殊狀況, 可以挑選出不同的原子面, 使其繞射光皆沿著樣品表面/介面行進, 由此表面/介面繞射光, 便可得到介面附近的晶格常數訊息。而實驗將些微改變入射光的條件, 使得被扭曲的原子面產生繞射, 被扭曲的原子面所產生的繞射光與完美單晶產生的繞射光, 會在空間上有些微的位置差異, 再以二維偵測器CCD 擷取數據, 比對兩者間的關係, 便可直接量測基底在介面附近被扭曲後的晶格常數, 誤差低於0.005(˚A),且不只是垂直或水平方向的晶格常數變化量, 更可進一步直接定義晶體在實空間中各晶軸的長度與變化量。而掠角繞射則是以小於材料臨界角的角度入射, 因此會在表面產生全反射,若同時滿足一組垂直於樣品表面的原子面的繞射條件, 則會產生一道繞射光與繞射光的鏡面反射光, 鏡面反射光以極小的角度在介面以上行進, 因此可以由這道光得知介面以上的結構訊息。由於介面以上的孔洞或β-FeSi2量子點, 可能會有特殊的排列方式,若排列方式有週期性, 則或許可以藉由量測孔洞及量子點的散射強度, 來分析排列的方式。實驗結果顯示, 掠角繞射的強度分佈, 除介面以上材料複雜所造成的一般無序的散射外, 還有被週期性排列的孔洞及量子點散射, 而利用光點間的距離, 配合簡單的布拉格定律, 即可換算出孔洞及量子點的排列情形,此實驗證實, 此樣品的量子點結構, 在排列上有一維的週期性。

關鍵字

x光；繞射；應變；晶格常數；介面；掠角繞射；複繞射；量子點

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X-Ray ； diffraction ； strain ； lattice parameter ； interface ； grazing incidence X-Ray diffraction ； (X-ray multiple-wave diffraction ； quantum dot

參考文獻

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