半導體pn接面之光電子顯微術研究

Semiconductor p-n junction investigated by Scanning Photoelectron Microscopy

蔡佩恬(Pei-Tien Tsai)

指導教授 ： 果尚志

國立清華大學/理學院/物理學系/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2009.00450

摘要

本篇論文的研究主題為利用光電子顯微術在微區探測半導體表面的電子結構，同時以表面電位顯微儀為輔量測其費米能階的位置。我們的半導體材料主要分為氮化鎵以及矽兩部分。
在氮化鎵方面，我們是利用分子束磊晶(MBE)在Si(111)的基板成長出厚各約1.5 μm的pn接面，且在超高真空現場劈裂，利用波帶環片將光束聚焦到70~100 nm的大小以便於我們在微區非極性氮化鎵截面上量測其能帶結構。由實驗結果證實此項創新的技術可直接從截面量測到平帶的電子結構情形。而在表面電位的量測分析中我們得到了經曝大氣後表面均會受到影響而改變其電性，因而具有表面能帶偏折以及費米能階釘紮的結果。
在矽方面我們採取離子佈植的方式來形成pn接面的結構，同樣也是在超高真空現場劈裂量測Si(111)劈裂面的表面能帶結構，再藉由霍爾量測(Hall measurement)得到的載子濃度計算其費米能階的位置。在n的部份我們已由霍爾量測證實光電子顯微術可量測到平帶的結果。且在表面電位的量測上，在大氣中劈裂樣品量測其截面仍是具有表面能帶偏折的現象。
由我們的實驗結果證實一般掃描電位顯微儀用來量測費米能階的位置常受到外在因素的影響而無法準確得知，但藉由掃描式光電子顯微術，將光束聚焦至幾百奈米等級的大小，可達到在微區量測乾淨截面的實驗要求，而直接得到本質費米能階的位置。

關鍵字

光電子顯微術 ； 表面能帶偏折 ； 表面能態密度 ； 費米能階 ； 費米能階釘紮

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