[發明專利]一種原子級平整Sr/Si（100）-2×3再構表面的制備方法

有效

• 申請號: 201610860393.2
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106399929B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 杜文漢;楊景景;熊超;朱錫芳
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/28;C23C14/30;C23C14/16;C23C14/58
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 高桂珍

本發明公開了一種原子級平整Sr/Si(100)?2×3再構表面的制備方法，屬于納米領域。本發明的一種原子級平整Sr/Si(100)?2×3再構表面的制備方法，以單晶硅(100)片為襯底，其步驟為：1)襯底清洗；2)去除襯底表面氧化硅，同時制備出Si(100)?2×1再構表面；3)在具有Si(100)?2×1再構表面的襯底上制備亞單層金屬鍶薄膜；4)制備原子級平整Sr/Si(100)?2×3再構表面。本發明步驟簡單，操作方便，獲得原子級平整的Sr/Si(100)?2×3再構表面，并能精確確定Sr/Si(100)?2×3再構表面上鍶的覆蓋度為1/6個單原子層。

技術領域

本發明涉及一種再構表面的制備方法，更具體地說，涉及一種原子級平整Sr/Si(100)-2×3再構表面的制備方法。

背景技術

隨著集成電路集成度的提高，CMOS基本單元中的柵極絕緣層材料SiO₂厚度持續減薄，而SiO₂介電常數僅為3.9，當SiO₂的厚度降低到納米量級后，此時會發生量子隧穿效應，導致大量電子通過SiO₂絕緣層，使得漏電流過大導致CMOS器件失效。為克服該問題，可將SiO₂絕緣層替換成介電常數高的氧化物，如SrTiO₃(介電常數為300)、BaTiO₃等。這樣即使柵極絕緣層保持相同的物理厚度，使用高介電常數氧化物替代氧化硅后可將漏電流降低兩個數量級，從而使得CMOS器件可以穩定工作。

由于單晶硅表面的最外層硅原子存在反應活性很強的懸掛鍵，如果直接將高介電常數氧化物如SrTiO₃沉積在其上將使得硅表面懸掛鍵與氧化物中的氧反應生成氧化硅，導致硅上無法實現高介電常數氧化物的外延生長，從而降低高介電常數氧化物的介電性能。

為了實現高介電常數氧化物SrTiO₃在硅上的外延生長，最核心的問題是要消除硅表面最外層硅原子的懸掛鍵，而在鍶硅表面結構中，精確確定鍶原子的表面覆蓋度是獲取鈍化硅原子懸掛鍵的關鍵條件，而在鍶硅表面結構中，具有穩定表面結構的僅有Sr/Si(100)-2×3，通過第一性原理計算可確定此時的鍶原子的表面覆蓋度為1/6個單原子層，該表面存在二聚化的硅二聚體，且硅二聚體存在縱向和橫向兩種排列，鍶原子占據2×3再構單元中的一個穩定位，并且該鍶原子會向2×3再構單元中的縱向硅二聚體轉移電荷，形成穩定的Sr/Si(100)-2×3再構表面，因此如何制備原子級平整的Sr/Si(100)-2×3再構表面是尤為重要的。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在于克服上述的不足，提供了一種原子級平整Sr/Si(100)-2×3再構表面的制備方法，采用本發明的技術方案，步驟簡單，操作方便，獲得原子級平整的Sr/Si(100)-2×3再構表面，并能精確確定Sr/Si(100)-2×3再構表面上鍶的覆蓋度為1/6個單原子層。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明的一種原子級平整Sr/Si(100)-2×3再構表面的制備方法，以單晶硅(100)片 為襯底，其步驟為：

1)襯底清洗：

1-1)將單晶硅(100)片切割成一定大小；

1-2)將切割好的單晶硅(100)片在丙酮中超聲清洗；

1-3)將經丙酮超聲清洗后的單晶硅(100)片使用純水超聲清洗；

1-4)將經純水超聲清洗后的單晶硅(100)片用高純氮氣吹干，然后放入真空腔內；

2)去除襯底表面氧化硅，同時制備出Si(100)-2×1再構表面：