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引言
? ? ? 原子平面的制備是半導(dǎo)體基板上原子尺度操作的必要前提。由于自組裝現(xiàn)象或使用原子探針技術(shù)操縱單個原子，只有原子平面的表面才能產(chǎn)生可重復(fù)制造納米級原子結(jié)構(gòu)的機會。原子平坦的表面也應(yīng)該是原子清潔的，因為氧化物和污染會引響原子尺度的粗糙度。原子平坦和清潔的表面也需要許多在微和光電子的應(yīng)用。
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實驗
? ? ? 實驗是在砷化鎵外延層上進行的，以避免結(jié)構(gòu)缺陷的可能影響，這些缺陷存在于由機械和化學(xué)機械拋光制備的商業(yè)基底的表面附近。我們使用液相外延(LPE)在傳統(tǒng)GaAs（100）基質(zhì)和圖形GaAs（100）基質(zhì)上生長的砷化鎵層，不同大小的方形中臺面面積在0.2到2mm2不等。
? ? ? ?HCl-iPA溶液的制備包括鹽酸蒸汽對iPA的等光飽和，制備方法如下：將含有100ml高純雙蒸餾iPA的玻璃放入裝滿300ml高純濃縮37%鹽酸的3-l干燥器中。為了確定溶液中鹽酸濃度CHCl的時間依賴性，從玻璃中提取1mlHCl-ipa探針。用水稀釋的探針的比例計算濃度CHCl。這些測量值的精度約為5%，并通過滴定法進行了驗證。CHCl的時間依賴性如圖所示：1.由閉上的圓圈表示。結(jié)果表明，在t50h時，濃度線性增加到CHCl10%，并在CHCl20%時飽和到t>100h。除使用稀釋的HCl-iPA溶液進行的特殊實驗外，還使用飽和的20%溶液進行砷化鎵處理。與鹽酸在異丙醇中的直接稀釋相比，等壓法最大限度地減少了生成的鹽酸-異丙醇溶液中的水量和污染物。原則上，酒精氯化反應(yīng)可能發(fā)生在HCl-iPA溶液中，產(chǎn)生異丙基氯和水:C3 H7-羥基鹽酸！C3 H7-Cl H2O (1)
? ? ? 反應(yīng)(1)會降低氯氯的濃度，氯氯是鹽酸-異丙醇溶液的活性成分。
? ? ? 為了檢查反應(yīng)(1)對鹽酸-異丙醇溶液穩(wěn)定性的可能不利影響，在t 100 h，將30毫升溶液探針放入單獨的密閉玻璃中。在該探針中測量的時間相關(guān)性CHCl(t)如圖1所示：通過開圓圈，可以看出，在實驗誤差范圍內(nèi)，濃度一直保持到t 500 h。此外，104小時后鹽酸濃度保持不變(圖中未顯示）。因此，在室溫下，鹽酸-異丙醇非常穩(wěn)定，可使用約1年。
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圖1在鹽酸蒸汽（填充圓）飽和過程中，測量了HCliPA溶液中鹽酸濃度CHCl的時間依賴性。CHCl的穩(wěn)定性用開圈表示
? ? ? 所有測量都是在樣品冷卻至室溫后進行的。LEED研究了表面重建。用x光電子能譜測定了表面的成分。鋁卡(1486.6電子伏)和鋯Mz (151.4電子伏)線用于XPS測量。表面粗糙度可能會扭曲XPS測量的結(jié)果，因此要特別注意薄膜的形態(tài)。圖2示出了在傳統(tǒng)襯底上通過液相外延生長的外延膜的典型原子力顯微鏡圖像?？梢钥吹剑砻姘蛹壍钠教箙^(qū)域，寬度為幾微米，由10納米高度的臺階束隔開。在平坦區(qū)域內(nèi)可以看到高度為0.28納米的高分辨率單原子臺階。由于表面的大部分是原子級平坦的，這些薄膜可以被認(rèn)為適合XPS實驗。
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? ? ? 圖2 通過液相外延(a)生長的外延GaAs（100）薄膜的典型AFM圖像（三維模式）；沿x軸y?3mm測量的薄膜浮雕的橫截面輪廓，其中包含兩個步驟束(b)；臺階束(c)之間平面區(qū)域內(nèi)的橫截面輪廓(b)片段。注意（b、c）中不同的x和zy刻度
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結(jié)果和討論
? ? ? 本文提出的結(jié)果，以及對光電發(fā)射線的化學(xué)位移成分的直接觀察，證明了在HCl-iPA處理下，非晶態(tài)砷在砷化鎵表面積累的事實。然而，這種積累的機制尚不清楚。據(jù)推測，HCl-iPA與砷化鎵表面的相互作用如下。第一階段鎵和氧化二砷溶解。我們通過實驗證明，在室溫下，去除氧化物需要少于10秒。
? ? ? 光發(fā)射光譜的角度依賴性如圖所示。允許我們假設(shè)HCl-iPA處理氧化gaa（100）表面導(dǎo)致形成均勻的As0鈍化層，并保持了表面的原子平坦度。本節(jié)中提供的LEED和AFM數(shù)據(jù)得到了這一假設(shè)的直接證明。鹽酸-ipa處理表面的LEED圖像如圖3(a)，在這個表面上，（11）結(jié)構(gòu)在電子能量E130，而在E40–6040–60在漫射背景上沒有看到衍射點。在2508C真空退火去除了As0層的大部分，因此在低能量E?42eV下觀察到（11）衍射模式(見圖3（b)在T?4508C退火后(圖。3(c))在LEED圖像中可以清楚地看到對應(yīng)于As穩(wěn)定(2 4)/c(2 8)重建的衍射圖案。更高溫度下的退火通過一系列中間重建將砷穩(wěn)定表面轉(zhuǎn)變?yōu)殒壏€(wěn)定表面。在T 550 8C退火后獲得的Ga穩(wěn)定的(4 ^ 2)/c(8 ^ 2)重構(gòu)如圖所示。
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總結(jié)
? ? ? 用XPS、LEED和原子力顯微鏡研究了異丙醇-鹽酸溶液中GaAs(1 0 0)表面的組成、形貌和結(jié)構(gòu)。清潔的砷穩(wěn)定GaAs(100)–(24)/碳(2 8)表面的鹽酸-異丙醇，處理導(dǎo)致表面被過量砷的亞單層化學(xué)鈍化。這種砷阻止了氯進入下面的鎵原子，從而阻止了反應(yīng)，導(dǎo)致砷通過GaAs溶解進一步積累。氧化GaAs表面的處理導(dǎo)致在表面上形成1-3個無定形砷單層，其中大部分砷來自表面氧化物。在特殊圖案化襯底上生長的原子級平坦外延膜處理前后進行的原子力顯微鏡測量證明，HCliPA處理保持了GaAs(1 0 0)表面的原子級平滑度。