前期回顧
在上期里，小編帶大家見(jiàn)識(shí)了一下彈殼的神奇，借助Gemini300場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)彈殼表面材料進(jìn)行了細(xì)微結(jié)構(gòu)的表征和成分分析，以及對(duì)收口處裂紋的研究，頓時(shí)覺(jué)得自己也高大上起來(lái)，有木有，這期呢，小編帶領(lǐng)大家進(jìn)軍光電材料，再小小透露一點(diǎn)，量子阱材料，一起來(lái)見(jiàn)證一下掃描電子顯微鏡技術(shù)在量子阱研究中的厲害吧!
概 述
那么量子阱是什么呢，小編就小小解釋一下，量子阱就是指由2種不同的半導(dǎo)體材料相間排列形成的、具有明顯量子限域效應(yīng)的電子或空穴的勢(shì)阱。量子阱器件，即指采用量子阱材料作為有源區(qū)的光電子器件。
一、量子阱的構(gòu)造
如下圖，量子阱器件的基本結(jié)構(gòu)是兩塊N型GaAs附于兩端，而中間有一個(gè)薄層，這個(gè)薄層的結(jié)構(gòu)由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的復(fù)合形式組成。在未加偏壓時(shí)，各個(gè)區(qū)域的勢(shì)能與中間的GaAs對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成了一個(gè)勢(shì)阱，故稱(chēng)為量子阱。電子的運(yùn)動(dòng)路徑是從左邊的N型區(qū)(發(fā)射極)進(jìn)入右邊的N型區(qū)(集電極)，中間必須通過(guò)AlGaAs層進(jìn)入量子阱，然后再穿透另一層AlGaAs。量子阱器件雖然是新近研制成功的器件，但已在很多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用，如量子阱紅外探測(cè)器、GaA s、InP基超晶格、量子阱材料、量子光通訊和量子結(jié)構(gòu)LED等，而且隨著制作水平的提高，它將獲得更加廣泛的應(yīng)用。
量子阱的基本結(jié)構(gòu)
二、量子阱的微觀世界
量子阱材料一般使用分子束外延(molecular beam epitaxy ,簡(jiǎn)稱(chēng) MBE)或金屬有機(jī)氧化物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)技術(shù)制備，對(duì)于量子阱材料界面結(jié)構(gòu)的觀察，晶體生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的諸如層錯(cuò)，位錯(cuò)等缺陷的形成、特性及其分布等，我們一般利用高分辨透射掃描電鏡(TEM)來(lái)觀察，從而確定材料微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與器件宏觀性能參數(shù)間的關(guān)系。眾所周知，透射樣品制備要求嚴(yán)格，制樣困難，首先要將樣品膜面利用進(jìn)行對(duì)粘，再繼續(xù)線切割為3mm×1mm;其次采用砂紙將樣品打磨拋光使其厚度為60μm 左右，再拋光至 20μm;最后使用離子減薄儀將樣品轟擊為10nm以下。這個(gè)過(guò)程技術(shù)要求高，每一步都需要經(jīng)驗(yàn)，不是一般人都可以做的，而且成本較高;而掃描電鏡相比較而言，樣品制備簡(jiǎn)單，導(dǎo)電樣品直接用導(dǎo)電膠固定在樣品臺(tái)上，放入腔室內(nèi)進(jìn)行觀察，對(duì)于不導(dǎo)電樣品，我們也有自己的解決方案，一配備離子濺射儀，即噴金，二采用低電壓模式，低電壓成像是現(xiàn)代場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，低電壓成像可以呈現(xiàn)樣品極表面細(xì)節(jié)、可以減少不導(dǎo)電樣品的荷電(放電)現(xiàn)象、可以減少電子束對(duì)樣品的損傷。
對(duì)于薄膜材料更是如此，下面就是我們來(lái)看看采用蔡司sigma 500所測(cè)的量子阱材料，我們得到了10萬(wàn)和15萬(wàn)倍下的量子阱的背散射圖片，可以看出樣品界面出現(xiàn)了亮暗程度不同的襯度帶，各層分界清楚，界面平整，層分布精度高，周期性好，厚度為 68.11nm，阱和勢(shì)壘交替出現(xiàn)，從而確定周期厚度。
后 記
隨著分子束外延和金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積技術(shù)的迅速發(fā)展，人們已能夠生長(zhǎng)出原子尺度的、界面平滑的優(yōu)質(zhì)超薄層半導(dǎo)體材料，可以在生長(zhǎng)方向上精確地控制薄層的組分和厚度，從而實(shí)現(xiàn)超晶格量子阱結(jié)構(gòu)，所以晶格量子阱結(jié)構(gòu)材料及應(yīng)用的研究已迅速發(fā)展成當(dāng)今半導(dǎo)體物理和固體物理學(xué)中最重要的前沿課題之一，而掃描電子顯微鏡一定可以大展身手，那就跟緊小編的步伐，我們一起跟隨蔡司掃描電鏡去見(jiàn)證光電材料史的輝煌吧!
下期有什么精彩內(nèi)容呢?敬請(qǐng)期待吧!
