Ge-Si半導體量子點應力應變分布研究.pdf

1、半導體量子點材料由于其具有的特殊效應，在未來的半導體工業(yè)中有著很大的應用前景。利用兩種半導體材料的晶格錯配，自組織生長量子點，目前已經引起了極大的興趣和關注。在量子點的自組織生長過程中，應變分布在浸潤層的形態(tài)變化中起著關鍵的作用。在量子點的生長初期，其在襯底上的成核往往是隨機無序的，它的形狀，大小往往難以控制，因此要想生長出理想的實用化量子器件，就需要對量子點應力應變分布以及量子點體系的各種能量關系進行理論研究，找出其內在規(guī)律，以便在實

2、驗中加以控制，實現(xiàn)量子點的可控有序生長。 首先，利用彈性理論和有限單元法對非埋置金字塔形Ge/Si量子點在體積一定時不同高寬比的應力應變分布進行了計算分析。給出了平衡態(tài)時量子點的應力應變分布，發(fā)現(xiàn)不同高寬比的量子點，其流體靜應變和雙軸應變的分布特征基本相同。 其次，計算了埋置金字塔形Ge/Si量子點應力應變分布，并和非埋置量子點應力應變分布進行了比較。發(fā)現(xiàn)這兩種量子點最大壓應變(壓應力)都出現(xiàn)在量子點側面與浸潤層的交界處

3、。 最后，對量子點體系的應變能進行了計算，發(fā)現(xiàn)對于固定體積的量子點，系統(tǒng)的應變能隨著高寬比的增大而減小。并通過計算量子點體系的自由能(應變能與表面能之和)，討論了量子點的平衡形態(tài)。結果表明，對給定體積的量子點，有一個特別的高寬比導致最低的系統(tǒng)自由能，也就是說，對一個生長的量子點，基于系統(tǒng)自由能的最小，有可能預測量子點平衡形態(tài)的高寬比。對不同體積的量子點，他們的平衡高寬比也不同，會隨著體積的增大而增大。以上結果可以作為闡明應變自組