PDF《异质结的能带带阶∗》

2 实验采用超高真空固态源分子束外延 (MBE) 设备 在新解离的单晶 BaF2(111) 衬底上生长 PbTe 外延 薄膜. 该设备具有进样室、 预处理室和生长室三个 腔体, 其中生长室本底真空度维持在

1 * 10?7 Pa. BaF2 衬底在洁净环境下被解离后迅速放入进样室 并抽真空, 然后传入预处理室, 通过加热进行表面 气体脱附, 最后传入生长室开始薄膜外延生长. 生 长室中配备了反射式高能电子衍射仪进行衬底表 面和 PbTe 层晶体质量的实时监控. PbTe 外延层 的生长温度为250 ? C, 生长速率为1 ?m/h, 本征的 PbTe的载流子浓度为1*1017 cm?3 . PbTe外延层 生长完成后, 将其迅速放入高真空射频磁控溅射仪 中, 在PbTe 层表面生长 ZnO 层. 射频磁控溅射设 备具有进样室和溅射室两个腔体, 其中溅射室本底 真空度为

1 * 10?4 Pa, 以保证溅射源和样品表面 的洁净. ZnO 层的生长温度为

200 ? C, 采用 Ar 气和O2 气共溅射, 溅射功率为

200 W, 生长速率约为

300 nm/h. SRPES 测量在中国科学技术大学国家同步辐 射实验室表面物理实验站开展. 该实验站配备了多 腔体的多功能超高真空系统, 具有快速进样室、 预 处理室、 电子能谱分析室以及原位生长室等. 其中 电子能谱分析室的本底气压维持在

1 * 10?8 Pa 以下, 以保证样品表面始终保持洁净. 电子能谱分析 室中配备了英国 VG 公司生产的 ARUPS10 型半球 形分析器、 Ar 离子抢、 X射线管、 低能电子衍射仪等 仪器用于样品表征和表面处理. 同步辐射光源能量 覆盖范围为 10―300 eV, 且连续可变, 出射光子的 能量分辨率 E/?E 高于 1000. 有关该实验站的更 详细信息参见文献[21].

3 结果及讨论 光电子能谱技术是一种广泛应用的测量异质 结界面能带排列的技术. 与传统的 X 射线光源相 比, 同步辐射光源具有光子能量大、 能量范围可调、 入射光子线宽小等优点. 文献 [22] 报道了利用光电 子能谱技术测量界面能带带阶的原理. 图1给出了 该原理的示意图. 该方法的理论公式为 ?Ev = (EPbTe Pb 5d5/2 ? EPbTe VBM ) ? (EZnO Zn 3d ? EZnO VBM) ? ?ECL, (1) 其中, ?Ev 为异质结价带带阶;

?ECL 为PbTe 层中Pb 5d5/2 芯态能级与 ZnO 层中 Zn 3d 芯态能 级之间的能量差, ?ECL = EPbTe Pb 5d5/2 ? EZnO Zn 3d;

(EPbTe Pb 5d5/2 ? EPbTe VBM ) 和(EZnO Zn 3d ? EZnO VBM)分别为PbTe层中 Pb 5d5/2 芯态能级和 ZnO层中 Zn 3d 芯 态能级与价带顶的能量差. 实验中需要准备 PbTe 体材料、 ZnO ........