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砷化銦自聚式量子點內應力鬆弛效應與材料交互混合產生的電性缺陷的影響(III)

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Academic year: 2021

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全文

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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

※ ※

※ ※

※ 砷化銦自聚式量子點內應力鬆弛效應與材料交互 ※

※ 產生的電性缺陷的影響 (3/3) ※

※ ※

※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※

計畫類別: 個別型計畫

計畫編號:NSC 96-2112-M-009-004-

執行期間: 96 年 08 月 01 日至 97 年 07 月 31 日

執行單位: 國立交通大學電子物理學系(所)

計畫主持人: 陳振芳

報告類型: 完整報告

處理方式: 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 97 年 10 月 29 日

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行政院國家科學委員會補助專題研究計畫

砷化鎵氮/砷化鎵量子井在應變與鬆弛狀態下的電性研究

計畫類別:■ 個別型計畫 □ 整合型計畫

計畫編號:NSC 96-2112-M-009-004-

執行期間: 96 年 08 月 01 日至 97 年 07 月 31 日

計畫主持人:陳振芳

共同主持人:

計畫參與人員:

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交):□精簡報告 ■完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件:

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式:除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外,得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權,□一年□二年後可公開查詢

執行單位:國立交通大學

中 華 民 國 97 年 10 月 29 日

■ 成果報告

□期中進度報告

(3)

3

目錄

目錄 ……… 3

中文摘要 ……… 4

英文摘要 ……… 5

前言 ……… 6

研究目的 ……… 6

研究方法 ……… 6

結果與討論 ……… 6

參考文獻 ……… 8

計畫成果自評 ……… 9

圖 ……… 10

表 ……… 17

附錄 ……… 18

(4)

4 中文摘要

本研究方法主要是藉由光性及電性的量測,包括光激發螢光頻譜(PL)、電容電壓 (C-V)、導納頻譜(C-F&G-F)、深層能階暫態頻譜儀(DLTS)及暫態電容(transient)的量測、 還有 TEM 表面分析技術,來探討 InAs/InGaAs 這種 DWELL 結構的量子點在應力鬆弛 後所展現的特殊現象,主要著重在量子躍遷機制的改變。並將樣品予以熱退火 650℃和 700℃ 1 分鐘作為進一步研究。由 TEM 得知因為量子點成長超過臨界厚度,量子點內部 及底層產生差排缺陷。而 DLTS 的量測顯示此缺陷捕捉載子濃度小於 TEM 觀測到的缺 陷濃度及量子點濃度,表示缺陷不足以完全空乏量子點中的電子;與未應力鬆弛的樣品 比較下,前者的 PL 頻譜在低溫仍有很明顯量子點訊號存在,顯示應力鬆弛並未完全破 壞量子點特性。在量子點區域附近隨著偏壓的加深,C-F 高溫量測到活化能越大表示載 子分別依序由激發態和基態放射,而C-V 量測也估算出載子至少填滿到第一激發態的量 子能階。C-F 的分析顯示:電子躍遷在高溫是熱激發跳躍,而低溫載子以穿遂形式出去。 由低溫穿遂時間計算所擬合的能障與高溫活化能相近,表示載子在高溫是直接跳上 GaAs 導帶的法。將熱退火處理樣品的比較發現底層缺陷產生之空乏效應仍存在,影響 著 C-V 與 C-F 的量測結果。由 C-F 量測結果得知,熱退火會減低低溫穿遂時間與高溫 活化能,與PL 藍移結果相符,證實 C-F 量測的來源是量子訊息。 關鍵詞:量子點、應力鬆弛、電子放射

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Abstract

We investigate the properties of strain relaxed InAs/InGaAs dot-in-well (DWELL) quantum dots (QDs) by optical and electrical measurement. This research emphasizes the mechanism of the electron emission from the QDs containing a misfit defect state. The QD samples are grown by molecular beam epitaxy (MBE) with and without rapid thermal annealing (RTA). Strain relaxation is observed to introduce misfits in the QD and neighboring GaAs bottom layer. The DLTS spectra show the concentration of the defect state is not high enough to completely deplete the electrons in the QD states. Besides, the photoluminescence quality for relaxed sample is comparable to that of the non-relaxed sample, and the quantum emission (Q.E.) in the relaxed sample can be measured, suggesting that relaxation doesn’t degrade the QD. From C-F measurements, electron emission from the relaxed sample exhibits a relatively long emission time with a very broad energetic spectrum due to the depopulation of the QD first excited and ground states. Moreover, from the area under the peak of the depth profiles, electrons are filled up at least to the QD first excited state. From C-F analysis, electron emission from the QDs show a thermal emission at high temperatures, and the tunneling emission prevails at low temperature. The energy barrier height evaluated from the tunneling time is consistent with the thermal emission energy which also agrees with the formula for the tunneling barrier versus tunneling time, suggesting that electrons are thermally activated from the QD states to the GaAs conduction band. The results of the C-V and C-F show that the effect of tunneling suppression due to the additional carrier depletion still exists after annealing 650℃ and 700℃. RTA is found to decrease the electron-emission time and emission energy, consistent with the optical blue-shift due to the inter-diffusion of atoms across the QD interface.

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6 前言 研究應力鬆弛的結構,最原始的目的是為了減緩晶格間的不匹配、拉長量子點波 長、以及成長更均勻更高密度的量子點。但結果發現此結構,在量子點成長厚度超過其 臨界值後,因為上方 InGaAs(緩衝層)的存在,導致應力鬆弛所產生的差排缺陷,只 在 InAs 內部及下方產生,而在上方並無產生缺陷。隨著逆偏及空乏區的加大,下方缺 陷造成的載子空乏區,會影響載子經量子點穿遂出去的效應,使得原本極快的穿遂效應 而量測不到的量子訊號得以被觀察到。一般量子點在室溫時,穿遂時間約在 ps 等級, 受限於儀器而無法測量;但應力鬆弛樣品在室溫下,受到缺陷空乏的影響,已經不再以 穿遂主導,反而以熱放射直接跳到GaAs 導帶為主要方式,而低溫下亦可量到的穿遂時 間,整個載子躍遷的機制便改變了,所以藉著調變空乏區,控制穿遂時間,可做為記憶 元件的儲存、讀寫以及抹除等應用。因為應力鬆弛所形成的特性,使我們能突破以前所 無法量測的量子訊息。 研究目的 我們量測應力鬆弛的樣品與未應力鬆弛樣品比較,應力鬆弛的樣品所量測的載子濃 度遠小於TEM所看到的量子點數目。因此多數的電子並未因應力鬆弛所造成的缺陷所空 乏。本研究藉由電性、光性量測與模擬計算來推論出應力鬆弛下的樣品中,電子隨溫度 變化時的放射行為有熱放射與穿遂兩機制,並進一步將樣品熱退火後量測,驗證出C-F 所量測的到訊號來自於量子點而非應力鬆弛下的缺陷。 研究方法

本研究使用分子束磊晶(MBE)法在 n+-GaAs(100)基板上成長 InAs QDs。長晶 溫度485 ~ 5000C、成長步驟為先在 substrate 上成長一層 0.2μm GaAs bufferlayer,之後 再成長InAs QD 3.3 ML,接著再長 60 Å InGaAs QW 蓋在 QD 上面,長完 QW 之後再 長20 秒的 LT(500℃)GaAs,最後再覆蓋 0.2μm GaAs cap layer,buffer layer 及 cap layer 摻雜矽濃度為1017 cm−3。為了做電性量測,在樣品上蒸鍍Al 來形成 schottky diodes。 樣品的電性量測是利用Al所形成的schottky contact(陽極)及In所形成的ohmic contact(陰極)並使用HP4194A 阻抗/增益相位分析儀分析C-V (capacitance-voltage)及 C-F (capacitance-frequency)頻譜。PL頻譜量測是使用532 nm的固態雷射激發樣品所測量 到。深層能階暫態頻譜量測(DLTS)則是利用脈衝產生器、雙閘訊號平均器、電容計 所構成的。 結果與討論 由圖 1 的 TEM 分析技術證明了此樣品的插排缺陷存在於量子點內部與底層 GaAs 處。另外,圖2 為固定 rate window 2.15 ms,偏壓範圍在-1.3 V ~ -2.3 V,變換不同 filling pulse,對樣品做的 DLTS 量測,量測結果此缺陷是屬於會飽和的缺陷,利用其飽和峰值 ΔC = 0.3 pF,經由理論計算公式 NT = ND(ΔC/Co2) A  ,得到捕捉載子而被DLTS 量測到 的缺陷濃度NT約為2.35×109 cm-2,其中樣品參雜濃度ND = 1×1017 cm-3、初始電容值Co = 270 pF、本樣品介電常數 = 1.14×10  -10 F/m、金屬接面量測面積 A = 5×10-3 cm2,將此

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7 缺陷濃度2.35×109 cm-2與量子點濃度3~5×1010cm-2[1]比較後,顯示此缺陷捕捉載子濃度 小於量子點濃度,說明此樣品中的缺陷還不足以完全空乏量子點中的電子[2]。因此,應 力鬆弛的量子點樣品仍有量子躍遷訊號可被量測。 圖 3 (a)與(b)分別是有無應力鬆弛樣品在低溫與室溫的 PL 比較,(a)圖在低溫 50K 下 顯示:應力鬆弛下的樣品在光性上仍有不錯的載子侷限性,所以應力鬆弛後 PL 特性並 不會比未鬆弛的樣品差,表示 QD 的量子特性仍然存在。低溫與室溫都可看出 PL 峰值 的波長有藍位移(blue-shift)的現象,如圖中箭頭所示。圖(b)室溫下 PL,應力鬆弛下的樣 品發光強度明顯比未應力鬆弛樣品弱,是由於應力鬆弛後波長藍位移,對應QD 中的能 階抬升,所以侷限載子能力變差,而且又由於溫度上升導致載子有較高的熱能、容從量 子點中逃脫,因此發光效率會很明顯變低[3],而低溫時應力鬆弛下的 QD 的載子侷限 性不差是不容置疑的。 圖 4 為樣品有無熱退火時的 C-V 量測與縱深分佈圖;在 C-V 量測中,偏壓於2 V ~ 3V 左右及未端的大偏壓下都有平台的現象,表示此處有載子堆積的情形,而小偏壓有頻率 響應的平台是因為所侷限載子躍遷的頻率在高頻時會趕不上,已經失去原本正常QD 所 有頻率皆可趕上的躍遷特性。隨著熱退火溫度升高,平台起始偏壓也較早,較早掃到 QD[4, 5],合理以量子侷限解釋;熱退火使量子能階提升,侷限載子能力變弱,致使偏 壓較早掃到QD 處,且平台較短,載子累積在 QD 較少。在縱深分佈圖,顯示在 QD 位 置約0.2 m  左右(電性量測容易受到樣品電阻或漏電流影響,QD 位置些許偏移)有隨頻 率消長的peak,表示載子在高頻有跟不上量測頻率的現象,躍遷的速率並不像量子躍遷 快,而趕不上頻率的載子在之後的空乏區中被DC bias 掃出,之後量測結果都顯示此訊 號為量子躍遷的說法,而樣品中存在的缺陷正是影響量子躍遷的主因。訊號尖峰位置往 後移是由於串聯電阻效應,而且缺陷捉住自由載子除了造成後面產生一大範圍的空乏區 外,在0.35 m  左右也出現缺陷訊號,載子濃度急遽上升。 在 C-V 量測所看到的電容平台及頻率響應的現象,因此進一步在此偏壓範圍進行 C-F 導納頻譜量測,再經由 C-F 量測所繪之 Arrhenius plot,如圖 5,每個偏壓都將會得 到多組頻率的C-F 反曲點配合量測的溫度,來探討此區域的載子躍遷情形。C-F 量測所 繪之 Arrhenius plot 中,可區分為高溫與低溫兩部份,差別只在斜率與截距的不同,高 溫部份與一般量測所見之 Arrhenius plot 分析相同,可針對不同偏壓以公式求出活化能 及捕捉截面積,結果列於表1 中,三片樣品皆有活化能隨著偏壓的深入而升高的趨勢, 就載子被侷限的整體區域範圍來看:活化能有隨著熱退火溫度升高而變小的趨勢,與熱 退火對量子點的影響相符,量子能階的抬升初步顯示C-F 所量測到的量子訊號。捕捉截 面積相較於DLTS 量測到的缺陷訊號稍小,也隨偏壓加大造成的電場變化而改變,在下 節將進一步分析;而低溫部份則斜率轉為負值,已無跳躍而上的活化能。 為了更進一步探討載子的躍遷機制,我們藉由之前C-F 的量測數據,首先對三片樣品做 躍遷時間對溫度倒數關係圖,如圖6 所示,其中縱軸取對數以方便分析。而 emission rate 可由兩部分組成,即en=etun+eth [6],其中 etun為低溫的穿遂率[7],而 eth 則為熱激發率, 分別由以下公式表示:

(8)

8 ] kT Ea exp[-T F) (T, e n 2 th =γ σ (1) ] F q E 2m 3 4 exp[-E 2m 4 qF e 3 h * h * tun h = (2)

對 n-type GaAs,為 2.28×1020cm-2s-1K-2 (與溫度無關的常數)、F 為電場、Eh為穿遂 能障(tunneling barrier height)。圖 6 很清楚說明高溫時載子熱激發而上,溫度下降後慢慢 轉為時間固定的穿遂現象,低溫又大偏壓下會因為穿遂時間過長儀器無法量測。我們利 用上面提到的公式,以及 Mathematica 繪圖軟體,針對圖 6 數據來擬合,結果如圖 7, 其中電場是以金半接面結構的理論來計算,普遍約在106 V/m 的等級,小偏壓下擬合結 果與實驗數據是符合的,但有些偏壓溫度轉折處也許因載子躍遷機制並非如此單純,所 以擬合結果較不符合。將低溫穿遂時間的數據帶入(2)式後,所求得之 tunneling barrier height Eh與高溫C-F 量測所求得之活化能數據相去不遠,表示此為高低溫不同機制的量 子躍遷:高溫時載子有足夠熱能跳上導帶,而低溫則以穿遂現象為主。因此藉由不同偏 壓量測之高溫活化能數據,帶入低溫穿遂公式,以彌補實驗上無法量測低溫大偏壓的不 足,求得低溫穿遂的時間。大體看來,偏壓由大到小,穿遂時間由10-3 s ~ 10-6 s,分別 是由基態與激發態穿遂出去,且隨熱退火溫度上升導致的能階提升,時間些微減小,但 等級是差不多的,也與文獻上低溫40 K 下量子躍遷時間~10 ms 數量級差不多[8]。接著 參考其他文獻進一步去分析。首先在高溫熱激發公式(1)中的捕捉截面積σ 有以下關係n 式[9]: ] E 2m Fq 3 4 exp[- 3 B * F n h ∞ = =σ σ (3) ∞ = F σ 是 與 電 場 無 關 的 捕 捉 截 面 積 ,EB 為 載 子 穿 遂 前 所 見 之 三 角 形 狀 的 能 障 (triangular barrier),將(4-3)式做簡單的數學運算後,改為下面形式: 3 B * F n 2m E q 3 4 F 1 -ln ln h ∞ = = σ σ (4) 再利用表1 中 C-F 高溫量測求得不同偏壓下的捕捉截面積,取對數後對電場倒數做圖 8, 則可以用直線擬合出能障EB及σF=,所求分別為As grown 的 EB =5.97×10 -6 meV、 ∞ = F σ =2.98×10-16cm2 ,及熱退火 650℃的 EB =3.44×10-6 meV、σF==2.22×10 -16cm2,一 般量子躍遷都先往上跳躍再穿遂的兩階段式躍遷[5, 10],所以會有穿遂能障 EB,如圖8 插於右上之能帶示意圖,文獻上以(4)式算法估計出的能障約為 48 meV[10],但 relaxed 樣品估出之EB小到幾乎可忽略,因此可說載子高溫幾乎無穿遂現象。另外將低溫穿遂 時間對C-F 量測之高溫活化能做圖,如圖 9 所示,考慮(2)式,其低溫的穿遂率受 tunneling barrier height Eh的影響較電場大,因此若不考慮電場的變數,可用(2)式擬合圖 9 的數據, 且大致符合,因此也可說明其低溫的tunneling barrier height Eh與高溫活化能Ea是相對 應的。由以上皆證明了載子高溫直接上跳至導帶的說法。

參考文獻

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9 微米半導體雷射” (2005)

[2] F. Chen et al., “Relaxation-induced lattice misfits and their effects on the emission properties of InAs quantum dots”, Nanotechnology, 18, 35 (2007)

[3] 陳宜屏,交通大學電子物理研究所碩士論文, ”氮含量與砷化銦厚度對砷化銦/砷化鎵 量子點光性影響” (2003)

[4] C. M. A. Kapteyn et al., “Hole and electron emission from InAs quantum dots”, Appl. Phys. Lett. 76, 1573 (2000)

[5] C. M. A. Kapteyn, F. Heinrichsdorff, O. Stier, R. Heitz, M. Grundmann, N. D. Zakharov, and D. Bimberg, “Electron escape from InAs quantum dots”, Phys. Rev. B 60, 14265 (1994)

[6] J. Iba´n˜ez, R. Leon, D. T. Vu, S. Chaparro, S. R. Johnson, C. Navarro, and Y. H. Zhang, “Tunneling carrier escape from InAs self-assembled quantum dots”, Appl. Phys. Lett. 79, 2013 (2001)

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[8] C. M. A. Kapteyn et al., ”Carrier emission processes in InAs quantum dots”, Physica E,

7, 388 (2000)

[9] M. Geller et al., ”Hole capture into self-organized InGaAs quantum dots”, Appl. Phys. Lett. 89, 232105 (2006)

[10] W. -H. Chang et al., “Hole emission processes in InAs/GaAs self-assembled quantum dots”, Phys. Rev. B, 66, 195337 (2002)

計畫成果自評

經過三年的研究雖然能有部分現象並未能得到解答,但在應力鬆弛下所產生的效應 已經研究出,並得以利用理論與實驗雙方面同時驗證。我們也將研究成果投稿至

nanotechnology 與 Journal of Applied Physics。所幸在去年時前者已被接受且發表(附錄); 而後者則是近期投出,因此仍在審理。對於計畫成果我們相信仍還可以在進一步的探究 我們未解決的現象,使得此研究能盡善盡美,最後我們自評優良算是給予我們團隊鼓 勵。

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10 圖.

Fig. 1 relaxed 樣品經 TEM 量測並傅立葉轉換於量子點附近。

Fig. 2 固定rate window 2.15 ms,偏壓範圍在-1.3 V ~ -2.3 V,變換不同 filling pulse,對

relaxed 樣品做的 DLTS 量測。 150 200 250 300 350 -0.3 -0.2 -0.1 0.0 0.1 τ =2.15ms Δ C( pF) T(K) filling pulse 0.2ms 0.3ms 0.5ms 0.7ms 3ms 5ms as grown

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Fig. 3(a), (b) 分別是 non-relaxed 與 relaxed 樣品在低溫 50K 與室溫 300K 的 PL 比較。

1000 1100 1200 1300 1400 1500 0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 (b) 1215 nm non-relaxed relaxed 1311 nm 300K-10m W int e n s it y( a.u. ) wavelength(nm ) 1000 1100 1200 1300 1400 1500 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 1158 nm non-relaxed relaxed 1250 nm 50K -10m W in te nsi ty (a. u. ) wavelength(nm ) (a)

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Fig. 4 為relaxed 樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃低溫 110K 下不同頻率的 C-V 圖,

與經由其轉化的縱深分佈圖。 -5 -4 -3 -2 -1 0 100 200 300 400 500 600 C ( p F ) V (volt) 1 KHz 10 KHz 50 KHz 100 KHz T = 110 K as grown QE DE -5 -4 -3 -2 -1 0 100 200 300 400 500 a650 C (p F) V(volt) 7 KHz 50 KHz 100 KHz 200 KHz T = 110 K -4 -3 -2 -1 0 100 200 300 400 a700 C (pF) V(volt) 20 KHz 50 KHz 100 KHz 200 KHz T = 110 K 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 1E16 1E17 1E18 X (μm ) as grown N (cm -3 ) 1 KHz 10 KHz 50 KHz 100 KHz T = 110 K QE DE 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 1E16 1E17 1E18 a700 N (c m -3 ) X (μm) 20 KHz 50 KHz 100 KHz 200 KHz T = 110 K 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 1E16 1E17 1E18 X (μm) a650 N (cm -3 ) 7 KHz 50 KHz 100 KHz 200 KHz T = 110 K

(13)

13

Fig. 5 為relaxed 樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃在偏壓分別為-3.2、-2.6、-2.2 V

下不同溫度的C-F 圖,及經由 C-F 量測所繪之 Arrhenius plot。 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 -2 -1 0 1 2 3 a s g ro w n ln ( τΤ 2 )(sK 2) 1 0 00 /T (1 /K ) -3 .4 V -3 .2 V -3 V -2 .8 V -2 .6 V -2 .4 V -2 .2 V -2 V 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 -3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 a700 ln (τΤ 2)( sk 2 ) 1000/T(1/K) -2.6 V -2.4 V -2.2 V -2.0 V -1.8 V -1.6 V 103 104 105 106 150 175 200 225 250 110K as grown C (pF ) f (Hz) -3.2 V 300K 103 104 105 106 150 175 200 225 250 a650 -2.6 V C( p F ) F(Hz) 280K 78K 103 104 105 106 150 175 200 225 250 a700 -2.2 V C( pF ) F(Hz) 280K 95K 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 -4 -3 -2 -1 0 1 a 6 5 0 ln ( τΤ 2)(sk 2 ) 1 0 0 0 /T (1 /K ) -1 .6 V -1 .8 V -2 .0 V -2 .2 V -2 .4 V -2 .6 V -2 .8 V -3 .0 V -3 .2 V

(14)

14

Fig. 6 為relaxed 樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃的 C-F 量測之躍遷時間對溫度關

係。 4 6 8 10 12 14 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 ln ( τ )( s ) a650 1000/T(1/K) -1.6 V -2.2 V -2.8 V -1.8 V -2.4 V -3.0 V -2.0 V -2.6 V -3.2 V 3 4 5 6 7 8 9 10 11 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 as grown ln ( τ )( s ) 1000/T(1/K) -3.4 V -3.2 V -3.0 V -2.8 V -2.6 V -2.4 V -2.2 V -2.0 V 3 4 5 6 7 8 9 10 -14 -13 -12 -11 a700 ln ( τ )( s ) 1000/T (1/K ) -1.6 V -2.0 V -2.4 V -1.8 V -2.2 V -2.6 V

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Fig. 7 為relaxed 樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃的 C-F 量測載子躍遷之公

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Fig. 8 為relaxed 樣品 as grown 與熱退火 650℃的捕捉截面積對電場倒數關係

Fig. 9 為relaxed 樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃的穿遂時間對活化能關係

與公式擬合。 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 -41 -40 -39 -38 -37 -36 × ln ( σn )( cm 2 ) 1/F (cm/kV) as grown a 650 EB = 3.44 10-6meV × EB = 5.79 10-6meV 40 60 80 100 120 140 160 180 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Chi^2/DoF = 1.8528E-11 R^2 = 0.95723 P1 0.00197 ±0.00019 P2 4.6318E-8 ±1.994E-8 Ea(meV) 3.3 ML τ tun ( 10 -5 s ) as grown a650 a700 Formula fitting ) Ea exp(P2 Ea P1× 1/2× × 3/2 = τ

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17 表.

表1. relaxed 樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃三片的 C-F 分析之活化能與 捕捉截面積

3.3 ML As grown 3.3 ML Anneal 650℃ 3.3 ML Anneal 700℃

Bias (V) Ea (meV) Capture Cross section (cm2) Bias (V) Ea (meV) Capture Cross section (cm2) Bias (V) Ea (meV) Capture Cross section (cm2) -2 90.64 1.97×10-20 -1.3 86.3 2.81×10-18 -1.5 51.67 2.91×10-19 -2.2 119.35 4.09×10-18 -1.4 92.77 3.66×10-18 -1.7 70.42 1.56×10-18 -2.4 144.03 1.03×10-17 -1.6 109.87 1.11×10-17 -1.8 87.45 3.15×10-18 -2.6 169.47 2.64×10-17 -1.8 122.61 1.87×10-17 -2.0 91.60 3.51×10-18 -2.8 191.56 6.18×10-17 -2.2 122.61 1.48×10-17 -2.2 95.53 3.72×10-18 -3.0 200.27 8.11×10-17 -2.4 148.10 4.29×10-17 -2.4 112.78 7.02×10-18 -3.2 201.88 8.75×10-17 -2.6 161.21 7.00×10-17 -2.6 164.30 5.36×10-17 -3.4 212.74 1.96×10-16 -2.8 171.22 1.02×10-16 -3.0 184.92 1.84×10-16 -3.2 192.71 2.78×10-16

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18 附錄

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數據

Fig. 2 固定 rate window 2.15 ms,偏壓範圍在-1.3 V ~ -2.3 V,變換不同 filling pulse,對 relaxed 樣品做的 DLTS 量測。 150 200 250 300 350-0.3-0.2-0.10.00.1τ =2.15msΔC(pF)T(K)filling pulse   0.2ms 0.3ms 0.5ms 0.7ms 3ms 5msas grown
Fig. 4 為 relaxed  樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃低溫 110K 下不同頻率的 C-V 圖,
Fig. 5 為 relaxed  樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃在偏壓分別為-3.2、-2.6、-2.2 V 下不同溫度的 C-F 圖,及經由 C-F 量測所繪之 Arrhenius plot。 34567 8 9 1 0 1 1-2-10123  a s   g ro w nln(τΤ22 )(sK)1 0 00 /T (1 /K ) -3 .4  V -3 .2  V -3  V -2 .8  V -2 .6  V -2 .4  V -2 .2  V -2  V34567891
Fig. 6 為 relaxed  樣品 as grown 與熱退火 650℃及 700℃的 C-F 量測之躍遷時間對溫度關
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參考文獻

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