稀土金属/半导体界面电子结构的同步辐射研究

利用同步辐射光电子能谱研究了稀土金属Sm和Gd分别与Si（100）和GaAs（100）及钝化的GaAs和GaP界面的电子结构，进一步研究了稀土Gd薄膜的氧化和少量的Gd对半导体GaAs表面氧化的催化作用。实验发现Sm在Si（100）2×1表面吸附时，经历了初始的原子聚集（θ<0.5ML），反应扩散（0.5ML<θ<4-6ML）和金属化Sm膜的形成三个阶段；对应的Sm表现为变价行为，初始吸附表现为Sm（2+），在高覆盖度下，表现为Sm（2+）和Sm（3+）共存。Sm在GaAs（100）表面的吸附表明，Sm/GaAs的界面作用很弱，随着增加Sm的覆盖度，Sm与衬底的Ga发生置换反应，形成Sm-As键保留在Sm/GaAs界面处，少量被置换的金属Ga原子溶解在金属化的Sm膜中，并偏析在Sm膜表面。稀土金属Gd薄膜的氧化研究表明，它很容易形成稳定的Gd2O3氧化物薄膜，正是由于薄膜Gd2O3的形成，阻止了Gd薄膜的一步深度氧化；实验还发现少量的稀土Gd原子可以促进GaAs衬底的深度氧化，体现了Gd对GaAs氧化的催化作用。