半导体硅重构表面相研究新进展

硅是推动人类文明大步前进的现代计算机技术的核心，硅也可能在未来的计算机技术等方面起到关键作用，所以硅的研究历来就是国际重大研究领域。半导体表/界面是未来关键器件中复合结构的基础，Si(111)-7x7重构表面相又是半导体重构表面的代表，因此Si(111)-7x7重构表面相及其相变动力学现象的研究，一直是一个国际重大课题。

Si(111)-7x7重构表面发现于1959年，其原子结构模型完成于1985年，这个7x7重构表面相在1125K通过表面相变回归为1x1相。现代低能电子显微镜（LEEM）的成熟使得实时观测依赖于时间的表面相变过程成为可能，最典型的应用就是针对Si(111)-7x7重构表面相到高温1x1相的相变。按通常想象，在相变过程中7x7岛衰变率应该只与岛当前的面积有关，但是，实验结果却不是这样。自2000年以来的LEEM实验显示，7x7纳米岛的面积衰减呈线性行为，衰减率基本上是由其初始岛面积决定的常数。这个问题的解决对于理解这个相变及其动力学现象至关重要。

中科院物理研究所刘邦贵研究员及其博士生徐野川在系统地分析了大量实验事实的基础上，提出用一个相场模型来描述这个半导体重构表面及其相变动力学现象，其模型要点是，相变过程中7x7岛衰变时有两个速度不同的过程，快过程反应7x7重构表面相的基本特征的变化，慢过程描述随后的大范围原子驰豫。他们的相场模拟结果与LEEM实验完全一致，说明该模型抓住了这个相变过程的要点。

这项研究对Si(111)-7x7重构表面相及其相变动力学现象的研究取得了满意的结果，这个方法应该可以用于其它半导体重构表面相及其相变研究，主要结果发表在2月8日出版的《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）上。

这项研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部和中国科学院相关项目的支持。