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由于异质结能带理论的局限性,通过实验测量异质结的能带结构是日前被广泛关注的焦点。XPS是一种能够直接测量异质结能带不连续值的方法;在过去的数十年间,关于二维电子气(2DEG)和低维半导体结构的物理性质的理论和实验研究成果显著。在这期间,低维结构中的多种散射机制被相继提出。多元化合物半导体中的团簇引起的散射是一个非常值得关注的问题。基于以上两点,本论文做了如下工作:
1.作为InN基半导体器件的重要候选结构,InN/4H-SiC异质结由于其具有较小的晶格失配度和较高的热导率而引起了大量的关注。本文通过XPS对InN/4H-SiC异质结的价带带阶进行了测量。测得的价带带阶为0.55±0.23 eV,推算出导带带阶值为-2.01±0.23 eV。测量结果显示InN/4H-SiC异质结为Ⅰ型异质结构。
2.在由SiC薄膜构成的器件中,常常由于SiC衬底表面形成的氧化层传到的隧道电流,而大大降低了SiC器件的性能。MgO是对SiC表而进行钝化和绝缘的良好材料,并且它具有较宽的禁带宽度、较高的热导率和热稳定性以及合适的介电常数。因此,常常在SiC衬底上外延MgO薄膜使表面钝化进而阻止化学反应的发生,减小其在表而生成的氧化薄层而产生的隧道电流。利用XPS对MgO(111)/4H-SiC异质结的价带带阶进行了测量,得到其价带差为3.65±0.23eV,并推算出导带带阶为0.92±0.23 eV,从而判定MgO(111)/4H-SiC异质结为Ⅰ型异质结。
3.通过理论研究,提出了一种量子阱中二维电子气的散射机制——势能波动散射。确定了势能的波动可以由势阱中的团簇引起。建立了一个简单的模型用于简化计算,从而获得电子迁移率的最终表达式,式中不涉及电了波函数的具体表达式。以InGaAs/GaAs单量子阱模型为例,进行了散射迁移率的计算。发现与熟知的界面不平整度散射相比,势能波动散射在一定条件下的浅量子阱中可能成为主要的散射机制。而这恰好与界而不平整度散射的规律相反。