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系統識別號 U0026-0807201316062800
論文名稱(中文) 以電漿氮化高參雜硼矽(111)基板之方式磊晶成長六方氮化硼薄膜
論文名稱(英文) Epitaxy of Hexagonal Boron Nitride Thin Film by Plasma Nitridation of Heavily Doped Si:B
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 物理學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 101
學期 2
出版年 102
研究生(中文) 李嘉鳴
研究生(英文) Chia-Ming Li
學號 l26004080
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 62頁
口試委員 指導教授-吳忠霖
口試委員-陳宜君
口試委員-陳家浩
口試委員-陳則銘
中文關鍵字 六方氮化硼  高溫電漿氮化  磊晶成長  掃描式電子穿隧顯微鏡  低能繞射電子儀 
英文關鍵字 h-BN  plasma nitridation  epitaxy  STM  LEED 
學科別分類
中文摘要 在本論文中,我們希望能以嶄新的方式成長六方氮化硼:以高參雜硼的矽(111)晶圓為基板,對其進行熱處理使硼析出至表面。再利用電漿氮化的方式將氮置入表面,並進行後退火讓樣品有足夠能量產生鍵結。制備樣品後我們利用低能電子繞射儀(LEED)及掃瞄式穿隧電子顯微鏡(掃描式穿隧電子顯微鏡(STM))觀察成長結果。
在低能電子繞射儀(LEED)的量測已成功的量測到與六方氮化硼晶格常數相同的繞射圖形。但掃描式穿隧電子顯微鏡(掃描式穿隧電子顯微鏡(STM) )目前仍無法獲得六方氮化硼的實空間影像。即使如此,經由許多參數的成長經驗我們仍發現了一些特殊的現象可供以後的研究者參考。
此外,我們也試著模擬在本系統所成長的六方氮化硼實空間中的影像,這部分可以使後續的原子級表面影像研究更容易進行。
英文摘要 Few-layers Hexagonal boron nitride(h-BN) thin film had been grown on heavily doped Si(111):B sample by thermal process and N2 -plasma nitirdation followed by annealing at high temperature. Growth result was investigated by low-energy electron diffraction (LEED) and scanning tunneling microscope (STM). Lattice constant and crystal orientation measured in LEED patterns was showed the formation of few-layers h-BN with silicon-boron reconstruction. However, h-BN image couldn’t be observed by STM while system condition could reach atomic resolution to obtain images of silicon-boron reconstruction even in very small region. To illustrate the discrepancy result in LEED and STM measurement, different methods were used to simulate surface morphology and provided a possible explanation.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1.1. 前言 1
1.2. 六方氮化硼 3
1.2.1. 六方氮化硼的文獻回顧 3
1.2.2. 六方氮化硼的成長方式 5
1.3. 小結 6
第二章 實驗儀器以及原理 7
2.1. 掃描式穿隧電子顯微鏡(STM) 7
2.1.1. 掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)原理 7
2.1.2. 真空系統 11
2.1.3. 探針製備 15
2.1.4. Si(111) 7×7 17
2.2. 低能電子繞射儀(LEED) 22
2.2.1. 低能電子繞射儀(LEED)理論 22
2.2.2. 低能電子繞射儀(LEED)實驗裝置 25
2.3. 電漿氮化 26
第三章 實驗流程與方法 27
3.1. Si(111)之√3×√3重構表面 27
3.1.1. Si(111)√3×√3重構表面之文獻回顧 27
3.1.2. Si(111)之√3×√3重構表面製作 30
3.2. 電漿氮化 31
3.2.1. 氮化裝置介紹 31
3.2.2. 電漿氮化實驗流程 32
3.3. 低能電子繞射儀(LEED)量測 33
3.4. 掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)掃描 34
第四章 實驗結果與討論 36
4.1. 低能電子繞射儀(LEED)量測結果 36
4.1.1. 前置表面√3×√3的低能電子繞射儀(LEED)圖形 36
4.1.2. 不同溫度下氮化的低能電子繞射儀(LEED)圖形 37
4.1.3. 進行後退火候的LEED圖形 41
4.1.4. 1200℃氮化5分鐘,1200℃後退火2分鐘的低能電子繞射儀(LEED)圖形結果 43
4.1.5. 整理及結論 44
4.2. 掃描式穿隧電子顯微鏡(STM)掃描分析結果 45
4.2.1. 950℃氮化10秒 1100℃後退火2分鐘 45
4.2.2. 950℃氮化30秒 950℃後退火2分鐘 46
4.2.3. 1100℃氮化10秒 1100℃後退火2分鐘 46
4.2.4. 1100℃氮化10秒 1100℃後退火32分鐘 48
4.2.5. 1200℃氮化30秒 1200℃後退火2分鐘 49
4.2.6. 1250℃氮化5分鐘 1250℃後退火2分鐘 50
4.2.7. 小結 51
4.3. 樣品表面模擬 52
4.3.1. 晶格堆疊模擬 53
4.3.2. 低能電子繞射(LEED)圖形的傅立葉轉換模擬 57
4.3.3. 小結 59
第五章 結論 60
參考文獻 61
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