项目名称：    用电子能谱方法研究半导体表面的物理和化学特性

推荐单位：    上海市

项目简介：    此项目属于半导体物理学领域。上世纪70年代，半导体表面和界面研究在我国是一个空白领域。本项目从上世纪80年代开始，采用当时国际上先进的电子能谱技术和同步辐射，研究了Si、InP、GaAs、GaN等微电子和光电子技术中最重要的半导体材料的表面和界面特性。主要发现点为：(1) 发展了一种制备清洁InP表面新方法，解决了高质量InP极性表面的制备问题。在此基础上，研究了InP极性表面的原子结构和电子态，创建了两种表面原子结构模型，即：InP(100)(4×2)表面的失列-二聚物模型，和InP(111)B(1×1)表面的原子振荡弛豫模型，成为国际上最早的InP极性表面原子结构模型。两种模型一直得到国际文献的肯定和支持。(2) 发明了三种各有特点的GaAs表面硫钝化新方法：氯化硫浸泡方法、GaAs自体硫化或淀积GaS的钝化方法和中性硫化铵钝化方法。解决了国外所采用的硫化铵钝化方法的稳定性问题。获得了三项国家发明专利，并试用在实际器件上得到良好效果。(3) 在Si(100)表面发现了一种新的C(4×4)再构，确定了它的原子排列模型，以及它同(2×1)再构之间的相变规律。这一新的再构成为以后国外很多人研究的对象。对Si(111)氮化表面所形成的(8×8)和"四重度"两种复杂再构，确定了它们的原子结构模型。此项工作一直被国外文献广泛引用。(4) 最先尝试用分子束外延方法在GaAs表面生长GaN薄膜。采用了自己发展的新的氮离化源，成功地生长了以前很难制备的立方GaN，X射线衍射证明它的晶体质量为当时国际上最好水平。在国际上第一次测量和发表了它的表面光学声子能量，成为后来国外许多文献采用的参考数据。上述的科学发现是我国半导体表面物理领域中具有代表性的成果。本项目共发表包括Appl. Phys. Lett. 在内的SCI论文29篇，被国际文献他引439次。单篇他引数最高为64次。在国际会议上作大会和邀请报告6次。本项目曾获上海市科学技术进步奖一等奖。通过本项目的研究，复旦大学率先在国内建成了表面物理学学科，成为科学研究和人才培养的重要基地。

主要发现点：  1) 发展了制备InP清洁极性表面的方法，创建了两种InP表面原子结构的模型。首次采用超高真空中在磷气氛下退火的办法，解决了高质量的InP清洁极性表面的制备问题。因而使本项目对InP极性表面的研究比国际上早开展约二年。采用ELS，HREELS等方法，准确测量出各种条件下制备的InP极性表面的化学配比，成为国际上InP表面成分测定的参考数据。在此基础上，用光电子能谱测量了表面电子态的色散关系，并用理论计算进行比较，创建了两种InP极性表面相的原子结构模型，即：InP(100)(4×2)表面的失列-二聚物模型，和InP(111)B(1×1)表面的原子振荡弛豫模型，成为国际上最早的InP极性表面原子结构模型。两种模型一直得到国际文献的肯定和支持。此发现点属于半导体物理学（5101435），参考论文有序号为3，9和10的论文等。2) 发明了三种GaAs表面硫钝化新方法。这三种新方法分别为：氯化硫浸泡方法、GaAs自体硫化或淀积GaS的钝化方法和中性硫化铵钝化方法。这些方法各有特点，如可以在室温下进行，可以形成比较厚的钝化膜，适用于实际器件的钝化等。可以解决国外所采用的硫化铵钝化方法的一个致命缺点，即稳定性问题。本项目获得了三项国家发明专利，并试用在实际器件上得到良好效果。此发现点属于半导体物理学（5101435），参考论文有序号为2，4，7和8的论文等。发明专利号ZL 94 1 12024.4，ZL 96 1 16401.8，ZL 96 1 16400.X。3) 在Si(100)表面上发现一种新的C(4×4)再构，和首次确定了氮化Si(111)表面的二种再构的原子排列。首先从实验上发现Si(100)表面的C(4×4)再构相，并且确定了它的原子排列模型，以及它同(2×1)再构之间的相变规律。这种再构相引发许多学者的研究兴趣，多年来一直是国际上的研究对象，并广泛引用我们的论文。对于氮化的Si(111)表面上的(8×8)和"四重度"二种复杂再构，用电子能谱方法确定了表面氮原子的位置，弄清了这二种再构的原子结构的细节。所提出的模型是Si的氮化表面最早的原子结构模型之一。此项工作也被国外文献广泛引用。此发现点属于半导体物理学（5101435），参考论文有序号为1，和6的论文。4) 在GaAs(100)表面外延生长出立方GaN薄膜。采用一种新的氮源，首先在GaAs(100)表面外延生长出立方GaN薄膜，X射线衍射峰的半宽好于过去所有的报道，说明它的晶体质量为当时国际上最好水平。并且测量和发表了GaN薄膜的表面光学声子能量，成为后来国外许多文献采用的参考数据。此发现点属于半导体物理学（5101435），参考论文有序号为5等的论文。

主要完成人：  1.   侯晓远

对发现点1）有主要贡献，在该项研究中的工作量占本人工作量的80％。论文序号3，9和10。对发现点2）有主要贡献，在该项研究中的工作量占本人工作量的80％。论文序号2，4，7和8，发明专利号ZL 94 1 12024.4，ZL 96 1 16401.8，ZL 96 1 16400.X。对发现点4）有主要贡献，在该项研究中的工作量占本人工作量的80％。论文序号5。

2.   丁训民

是发现点1）的主要贡献者之一，在该项研究中的工作量占本人工作量的80％，论文序号3，9和10。是发现点2）的主要贡献者之一，在该项研究中的工作量占本人工作量的80％，论文序号2，4，7和8，发明专利号ZL 94 1 12024.4，ZL 96 1 16401.8，ZL 96 1 16400.X。是发现点4）的主要贡献者之一，在该项研究中的工作量占本人工作量的80％，论文序号5。

3.   董国胜

是发现点1）的主要贡献者之一，在该项研究中的工作量占本人工作量的80％，论文序号3，9和10。对发现点2）有贡献，在该项研究中的工作量占本人工作量的80％，论文序号2，发明专利号ZL 94 1 12024.4。

4.   王迅

是发现点1）的主要贡献者之一，在该项研究中的工作量占本人工作量的60％，论文序号3，9和10。是发现点2）的主要贡献者之一，在该项研究中的工作量占本人工作量的60％，论文序号2和4，发明专利号ZL 94 1 12024.4，ZL 96 1 16401.8，ZL 96 1 16400.X。是发现点3）的主要贡献者之一，在该项研究中的工作量占本人工作量的60％，论文序号1和6。是发现点4）的主要贡献者之一，在该项研究中的工作量占本人工作量的60％，论文序号5。

10篇代表性论文：  1.   Structural model of Si (100)-c (4x4),Phys. Rev. B 36, 7712.

2.   S2Cl2 treatment: a new sulfur passivation method of GaAs surface,Appl. Phys. Lett. 64, 3425

3.   A missing row-dimer model of InP(100) (4X2) reconstruction as proposed by LEED, UPS and HREELS studies,J. Phys. C: Solid State Phys. 20, L121.

4.   Electrochemical sulfur pasivation of GaAs,Appl. Phys. Lett. 60, 2252.

5.   Molecular-beam-epitaxy growth of GaN on GaAs(100) by using reactive nitrogen source.Appl. Phys. Lett. 64, 315

6.   High temperature nitridation structures of the Si(111)-(7′7) surface,Surface Sci. 188, 199.

7.   Investigation of neutralized (NH4)2S solution passivation of GaAs (100) surfacesAppl. Phys. Lett., 71 3081

8.   Sulfur passivation of GaAs metal semiconductor field effect transistorAppl. Phys. Lett., 77 3839.

9.   Comparative high resolution electron energy loss spectroscopy study of hydrogen adsorption on GaAs and InP(111) and (111) surfaces.Phys. Rev. B35, 8015

10.  Dangling bond electronic state on InP(111) surface,Surface Sci. 183, 123.