半導(dǎo)體硅重構(gòu)表面相研究新進(jìn)展

硅是推動人類文明大步前進(jìn)的現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的核心，硅也可能在未來的計算機(jī)技術(shù)等方面起到關(guān)鍵作用，所以硅的研究歷來就是國際重大研究領(lǐng)域。半導(dǎo)體表/界面是未來關(guān)鍵器件中復(fù)合結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，Si(111)-7x7重構(gòu)表面相又是半導(dǎo)體重構(gòu)表面的代表，因此Si(111)-7x7重構(gòu)表面相及其相變動力學(xué)現(xiàn)象的研究，一直是一個國際重大課題。

Si(111)-7x7重構(gòu)表面發(fā)現(xiàn)于1959年，其原子結(jié)構(gòu)模型完成于1985年，這個7x7重構(gòu)表面相在1125K通過表面相變回歸為1x1相。現(xiàn)代低能電子顯微鏡（LEEM）的成熟使得實時觀測依賴于時間的表面相變過程成為可能，最典型的應(yīng)用就是針對Si(111)-7x7重構(gòu)表面相到高溫1x1相的相變。按通常想象，在相變過程中7x7島衰變率應(yīng)該只與島當(dāng)前的面積有關(guān)，但是，實驗結(jié)果卻不是這樣。自2000年以來的LEEM實驗顯示，7x7納米島的面積衰減呈線性行為，衰減率基本上是由其初始島面積決定的常數(shù)。這個問題的解決對于理解這個相變及其動力學(xué)現(xiàn)象至關(guān)重要。

中科院物理研究所劉邦貴研究員及其博士生徐野川在系統(tǒng)地分析了大量實驗事實的基礎(chǔ)上，提出用一個相場模型來描述這個半導(dǎo)體重構(gòu)表面及其相變動力學(xué)現(xiàn)象，其模型要點是，相變過程中7x7島衰變時有兩個速度不同的過程，快過程反應(yīng)7x7重構(gòu)表面相的基本特征的變化，慢過程描述隨后的大范圍原子馳豫。他們的相場模擬結(jié)果與LEEM實驗完全一致，說明該模型抓住了這個相變過程的要點。

這項研究對Si(111)-7x7重構(gòu)表面相及其相變動力學(xué)現(xiàn)象的研究取得了滿意的結(jié)果，這個方法應(yīng)該可以用于其它半導(dǎo)體重構(gòu)表面相及其相變研究，主要結(jié)果發(fā)表在2月8日出版的《物理評論快報》（PhysicalReviewLetters）上。

這項研究得到了國家自然科學(xué)基金委、國家科技部和中國科學(xué)院相關(guān)項目的支持。