對(duì)吸附了大量As的InAs(001)樣品進(jìn)行升降溫?zé)崽幚恚�發(fā)現(xiàn)在485e時(shí)表面有從(3×1)重構(gòu)到(2×4)重構(gòu)的不可逆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。利用掃描隧道顯微鏡對(duì)(3×1)重構(gòu)表面分析，結(jié)果表明大量常溫吸附的As從表面脫附使InAs(001)(2×4)重構(gòu)表面最頂層的Asdimer也一起脫離表面，(3×1)重構(gòu)表面實(shí)際上是由20%的富As(2×4)重構(gòu)區(qū)域與80%的富In(4×2)重構(gòu)區(qū)域組成。不可逆相變是由于As束流提供的As4原子團(tuán)吸附到富In區(qū)域，使樣品表面恢復(fù)到(2×4)重構(gòu)相，而(2×4)重構(gòu)相能在390~490℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定存在。

　　半導(dǎo)體材料作為第二代半導(dǎo)體材料，由于其高電子遷移率、直接帶隙的性質(zhì)，經(jīng)常被用來制作高速器件和光電子器件。隨著對(duì)器件小型化以及器件性能要求的不斷提高，相應(yīng)的對(duì)制作器件的材料的表面有了更高的要求。因此，長(zhǎng)期以來Ó-Õ半導(dǎo)體材料的表面形貌與表面重構(gòu)的研究一直受到國內(nèi)外的重視。GaAs作為Ó-Õ半導(dǎo)體材料最典型的代表，當(dāng)然是研究的熱點(diǎn)，研究人員對(duì)GaAs(001)表面重構(gòu)相已經(jīng)作了深入的研究與探索，特別是對(duì)富As的GaAs(001)表面的C(4×4)與B2(2×4)的高分辨表征的出現(xiàn)，二者的重構(gòu)模型的爭(zhēng)議已經(jīng)基本消除。然而，對(duì)InAs(001)表面重構(gòu)的研究報(bào)道并不多見，并且InAs(001)與GaAs(001)表面重構(gòu)相以及重構(gòu)相之間的轉(zhuǎn)變存在著許多異。例如:InAs表面存在A2(2×4)，而GaAs不存在;InAs從As終止的(2×4)表面轉(zhuǎn)變?yōu)殂熃K止的(4×2)表面是快速的并且伴隨滯回現(xiàn)象，而GaAs從B2(2×4)表面轉(zhuǎn)變到(4×2)表面是漸變的，中間有一個(gè)過渡的(3×1)重構(gòu)相。最近，關(guān)于富銦的InAs(001)表面的高分辨表征也見報(bào)道。

　　本文利用反射式高能電子衍射儀(Reflection High Energy Electron Diffraction，RHEED)對(duì)InAs(001)吸附表面進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)表面(3×1)與(2×4)重構(gòu)之間存在不可逆的相變過程。利用掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope，STM)對(duì)表面進(jìn)行分析，表明此相變現(xiàn)象與表面所吸附的As原子團(tuán)的脫附過程相關(guān)。

1、實(shí)驗(yàn)

　　本實(shí)驗(yàn)在Omicron超高真空(極限真空可達(dá)5.32×10^-9 Pa)的分子束外延(MolecularBeamEp-itaxy，MBE)設(shè)備中進(jìn)行，襯底為AXT可直接外延InAs(001)外延片。通過MBE方法制備好表面原子級(jí)平坦的InAs(001)樣品，將樣品置于常溫下真空度約為2.66×10^-9 Pa的MBE真空室中24h。對(duì)樣品緩慢升溫(10e/min)至400℃，并在樣品溫度到達(dá)400℃時(shí)逐步開啟As束流(達(dá)到6162×10^-4 Pa并保持不變)保護(hù)樣品表面，然后繼續(xù)緩慢升溫(每次升溫5~10℃，升溫后停留5min)至500℃，最后緩慢降溫至室溫，整個(gè)過程均使用RHEED實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄。通過以上途徑選擇在升溫到475℃，得到穩(wěn)定的(3×1)重構(gòu)后淬火至室溫，并將樣品傳送至與MBE生長(zhǎng)室相接的超高真空STM掃描室進(jìn)行分析。

2、結(jié)果與討論

2.1、RHEED分析表面相變過程

　　放置于真空室中的樣品為生長(zhǎng)退火處理完成后，淬火至室溫的InAs(001)樣品，放置的時(shí)間從淬火到室溫開始計(jì)算。放置之前的樣品表面通過RHEED與STM的表征，其結(jié)果說明樣品的表面原子級(jí)平坦且為非常清潔的表面。如圖1所示，(a)RHEED衍射圖清晰地顯示表面呈(2×4)重構(gòu)，(b)為表面1000nm×1000nm的STM掃描圖，單層臺(tái)階寬度超過200nm，(c)為表面50nm×50nm的STM掃描圖，可以分辨出二聚體排(Dimerrow)沿著[110]晶向，表面被B2(2×4)與A2(2×4)重構(gòu)占據(jù)，表面有一些非周期性的占據(jù)溝道和Dimerrow頂部的缺陷存在(STM圖中的亮點(diǎn)結(jié)構(gòu))，這些缺陷由退火溫度與As束流量大小決定，并不是淬火過程和傳送過程中吸附到表面的原子造成的。

圖1 InAs表面(a)RHEED衍射圖，(b)1000nm×1000nm的填充態(tài)STM掃描圖，(c)50nm×50nm的填充態(tài)STM掃描圖

3、結(jié)論

　　在升溫過程中，大量在常溫下吸附的As原子團(tuán)的脫附，使InAs(001)(2×4)重構(gòu)表面最頂層的As原子也隨著脫附，類似最頂層的原子被/有粘性0的As原子團(tuán)/粘附0而一起脫附，并且最頂層As脫附后的表面能維持穩(wěn)定的(3×1)重構(gòu)，直到溫度升高到485℃才開始不可逆的相變。這種現(xiàn)象在GaAs(001)(2×4)重構(gòu)表面并未發(fā)現(xiàn)，說明InAs(001)表面最頂層的Asdimer與其下層的In原子結(jié)合能弱于GaAs。InAs(001)富金屬表面除了能在高溫低As壓條件下使最頂層As原子脫附而得到外，在較低溫條件下，通過脫附常溫下吸附的As也能得到80%表面為富金屬區(qū)域的(3×1)重構(gòu)表面。