硅锗异质结构界面纳观应变场及其对光电性能的调控

应变对纳米结构材料的宏观性能有着非常重要的影响，尤其对于半导体等结构敏感的材料，引入应变甚至可以实现材料的改性。因此，精确测量纳米结构材料的应变将成为材料改性及控制其宏观性能的重要研究内容。虽然目前已有多种具有次纳米测量灵敏度的纳观应变测量方法，但是将材料的纳观应变场用于调控材料的宏观性能的研究还非常之少。.本研究拟采用超高真空化学气相沉积方法制作不同组分比例和厚度的半导体硅锗异质结构，使用几种基于透射电子显微镜的纳米尺度应变测量方法测量硅锗异质结构界面的应变和纳米层的厚度，将应变测量结果与其光电性能关联，探索纳观应变场对材料宏观性能的影响，设计一套控制硅锗异质结构应变的实验方案，实现对硅锗异质结构材料光电性能的精确调控。同时，对基于透射电子显微镜的纳米尺度应变测量方法进行比较研究，总结出这些方法的适用条件及测试精度评价方案。

本项目采用超高真空化学气相沉积方法制作了硅锗异质结构，使用透射电子显微镜对硅锗异质结构界面区域进行了观察，分析了界面区域的位错类型和堆垛层错的结构，发现界面失配位错有90°全位错和60°部分位错两种类型，但退火后只有90°全位错，说明90°全位错能有效松弛硅锗异质结构的失配应变。采用几何相位分析、数值云纹、极值点定位分析等几种纳米尺度应变测量方法对硅锗异质结构界面区域的应变场进行了测量，发现界面区域的90°全位错可用Foreman（a=4）位错模型描述、60°部分位错可用Foreman（a=1.5）位错模型描述。.将几何相位分析和极值点定位分析的测量结果与理论结果进行了比较研究，发现几何相位分析的滤波板应选取0.3g、极值点定位分析的滤波板应选取0.1g。.采用X射线衍射、拉曼光谱和透射电子显微镜对退火前后的硅锗异质结构中的锗膜进行了应变测量，综合3种应变测量方法得到的结果，发现退火前的锗膜有压应变且应变值从界面到表面是逐渐降低的，而退火后的锗膜有拉应变且应变值从界面到表面是逐渐升高的。该研究为异质结构的应变测量提供了有效的方法。.采用第一原理计算研究了应变锗的光电性能，计算得到了双轴应变情况下电子的能量、介电函数和吸收系数，结果表明应变能够有效地调控锗的光电性能。.另外，本项目也进行了新型ZnO/Si纳米异质结构阵列应变场与发光性能的实验研究，发现ZnO的再结晶和Si的拉伸应变能够增强ZnO/Si纳米异质结构对白光的光敏反应。本项目也采用第一原理计算研究了掺杂对氧化锌、二氧化钛等半导体光电性能的影响。