項目名稱：    用電子能譜方法研究半導體表面的物理和化學特性

推薦單位：    上海市

項目簡介：    此項目屬于半導體物理學領域。上世紀70年代，半導體表面和界面研究在我國是一個空白領域。本項目從上世紀80年代開始，采用當時國際上先進的電子能譜技術和同步輻射，研究了Si、InP、GaAs、GaN等微電子和光電子技術中最重要的半導體材料的表面和界面特性。主要發(fā)現(xiàn)點為：(1) 發(fā)展了一種制備清潔InP表面新方法，解決了高質(zhì)量InP極性表面的制備問題。在此基礎上，研究了InP極性表面的原子結構和電子態(tài)，創(chuàng)建了兩種表面原子結構模型，即：InP(100)(4×2)表面的失列-二聚物模型，和InP(111)B(1×1)表面的原子振蕩弛豫模型，成為國際上最早的InP極性表面原子結構模型。兩種模型一直得到國際文獻的肯定和支持。(2) 發(fā)明了三種各有特點的GaAs表面硫鈍化新方法：氯化硫浸泡方法、GaAs自體硫化或淀積GaS的鈍化方法和中性硫化銨鈍化方法。解決了國外所采用的硫化銨鈍化方法的穩(wěn)定性問題。獲得了三項國家發(fā)明專利，并試用在實際器件上得到良好效果。(3) 在Si(100)表面發(fā)現(xiàn)了一種新的C(4×4)再構，確定了它的原子排列模型，以及它同(2×1)再構之間的相變規(guī)律。這一新的再構成為以后國外很多人研究的對象。對Si(111)氮化表面所形成的(8×8)和"四重度"兩種復雜再構，確定了它們的原子結構模型。此項工作一直被國外文獻廣泛引用。(4) 最先嘗試用分子束外延方法在GaAs表面生長GaN薄膜。采用了自己發(fā)展的新的氮離化源，成功地生長了以前很難制備的立方GaN，X射線衍射證明它的晶體質(zhì)量為當時國際上最好水平。在國際上第一次測量和發(fā)表了它的表面光學聲子能量，成為后來國外許多文獻采用的參考數(shù)據(jù)。上述的科學發(fā)現(xiàn)是我國半導體表面物理領域中具有代表性的成果。本項目共發(fā)表包括Appl. Phys. Lett. 在內(nèi)的SCI論文29篇，被國際文獻他引439次。單篇他引數(shù)最高為64次。在國際會議上作大會和邀請報告6次。本項目曾獲上海市科學技術進步獎一等獎。通過本項目的研究，復旦大學率先在國內(nèi)建成了表面物理學學科，成為科學研究和人才培養(yǎng)的重要基地。

主要發(fā)現(xiàn)點：  1) 發(fā)展了制備InP清潔極性表面的方法，創(chuàng)建了兩種InP表面原子結構的模型。首次采用超高真空中在磷氣氛下退火的辦法，解決了高質(zhì)量的InP清潔極性表面的制備問題。因而使本項目對InP極性表面的研究比國際上早開展約二年。采用ELS，HREELS等方法，準確測量出各種條件下制備的InP極性表面的化學配比，成為國際上InP表面成分測定的參考數(shù)據(jù)。在此基礎上，用光電子能譜測量了表面電子態(tài)的色散關系，并用理論計算進行比較，創(chuàng)建了兩種InP極性表面相的原子結構模型，即：InP(100)(4×2)表面的失列-二聚物模型，和InP(111)B(1×1)表面的原子振蕩弛豫模型，成為國際上最早的InP極性表面原子結構模型。兩種模型一直得到國際文獻的肯定和支持。此發(fā)現(xiàn)點屬于半導體物理學（5101435），參考論文有序號為3，9和10的論文等。2) 發(fā)明了三種GaAs表面硫鈍化新方法。這三種新方法分別為：氯化硫浸泡方法、GaAs自體硫化或淀積GaS的鈍化方法和中性硫化銨鈍化方法。這些方法各有特點，如可以在室溫下進行，可以形成比較厚的鈍化膜，適用于實際器件的鈍化等。可以解決國外所采用的硫化銨鈍化方法的一個致命缺點，即穩(wěn)定性問題。本項目獲得了三項國家發(fā)明專利，并試用在實際器件上得到良好效果。此發(fā)現(xiàn)點屬于半導體物理學（5101435），參考論文有序號為2，4，7和8的論文等。發(fā)明專利號ZL 94 1 12024.4，ZL 96 1 16401.8，ZL 96 1 16400.X。3) 在Si(100)表面上發(fā)現(xiàn)一種新的C(4×4)再構，和首次確定了氮化Si(111)表面的二種再構的原子排列。首先從實驗上發(fā)現(xiàn)Si(100)表面的C(4×4)再構相，并且確定了它的原子排列模型，以及它同(2×1)再構之間的相變規(guī)律。這種再構相引發(fā)許多學者的研究興趣，多年來一直是國際上的研究對象，并廣泛引用我們的論文。對于氮化的Si(111)表面上的(8×8)和"四重度"二種復雜再構，用電子能譜方法確定了表面氮原子的位置，弄清了這二種再構的原子結構的細節(jié)。所提出的模型是Si的氮化表面最早的原子結構模型之一。此項工作也被國外文獻廣泛引用。此發(fā)現(xiàn)點屬于半導體物理學（5101435），參考論文有序號為1，和6的論文。4) 在GaAs(100)表面外延生長出立方GaN薄膜。采用一種新的氮源，首先在GaAs(100)表面外延生長出立方GaN薄膜，X射線衍射峰的半寬好于過去所有的報道，說明它的晶體質(zhì)量為當時國際上最好水平。并且測量和發(fā)表了GaN薄膜的表面光學聲子能量，成為后來國外許多文獻采用的參考數(shù)據(jù)。此發(fā)現(xiàn)點屬于半導體物理學（5101435），參考論文有序號為5等的論文。

主要完成人：  1.   侯曉遠

對發(fā)現(xiàn)點1）有主要貢獻，在該項研究中的工作量占本人工作量的80％。論文序號3，9和10。對發(fā)現(xiàn)點2）有主要貢獻，在該項研究中的工作量占本人工作量的80％。論文序號2，4，7和8，發(fā)明專利號ZL 94 1 12024.4，ZL 96 1 16401.8，ZL 96 1 16400.X。對發(fā)現(xiàn)點4）有主要貢獻，在該項研究中的工作量占本人工作量的80％。論文序號5。

2.   丁訓民

是發(fā)現(xiàn)點1）的主要貢獻者之一，在該項研究中的工作量占本人工作量的80％，論文序號3，9和10。是發(fā)現(xiàn)點2）的主要貢獻者之一，在該項研究中的工作量占本人工作量的80％，論文序號2，4，7和8，發(fā)明專利號ZL 94 1 12024.4，ZL 96 1 16401.8，ZL 96 1 16400.X。是發(fā)現(xiàn)點4）的主要貢獻者之一，在該項研究中的工作量占本人工作量的80％，論文序號5。

3.   董國勝

是發(fā)現(xiàn)點1）的主要貢獻者之一，在該項研究中的工作量占本人工作量的80％，論文序號3，9和10。對發(fā)現(xiàn)點2）有貢獻，在該項研究中的工作量占本人工作量的80％，論文序號2，發(fā)明專利號ZL 94 1 12024.4。

4.   王迅

是發(fā)現(xiàn)點1）的主要貢獻者之一，在該項研究中的工作量占本人工作量的60％，論文序號3，9和10。是發(fā)現(xiàn)點2）的主要貢獻者之一，在該項研究中的工作量占本人工作量的60％，論文序號2和4，發(fā)明專利號ZL 94 1 12024.4，ZL 96 1 16401.8，ZL 96 1 16400.X。是發(fā)現(xiàn)點3）的主要貢獻者之一，在該項研究中的工作量占本人工作量的60％，論文序號1和6。是發(fā)現(xiàn)點4）的主要貢獻者之一，在該項研究中的工作量占本人工作量的60％，論文序號5。

10篇代表性論文：  1.   Structural model of Si (100)-c (4x4),Phys. Rev. B 36, 7712.

2.   S2Cl2 treatment: a new sulfur passivation method of GaAs surface,Appl. Phys. Lett. 64, 3425

3.   A missing row-dimer model of InP(100) (4X2) reconstruction as proposed by LEED, UPS and HREELS studies,J. Phys. C: Solid State Phys. 20, L121.

4.   Electrochemical sulfur pasivation of GaAs,Appl. Phys. Lett. 60, 2252.

5.   Molecular-beam-epitaxy growth of GaN on GaAs(100) by using reactive nitrogen source.Appl. Phys. Lett. 64, 315

6.   High temperature nitridation structures of the Si(111)-(7′7) surface,Surface Sci. 188, 199.

7.   Investigation of neutralized (NH4)2S solution passivation of GaAs (100) surfacesAppl. Phys. Lett., 71 3081

8.   Sulfur passivation of GaAs metal semiconductor field effect transistorAppl. Phys. Lett., 77 3839.

9.   Comparative high resolution electron energy loss spectroscopy study of hydrogen adsorption on GaAs and InP(111) and (111) surfaces.Phys. Rev. B35, 8015

10.  Dangling bond electronic state on InP(111) surface,Surface Sci. 183, 123.