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題 名 | 超高壓技術簡介--應用於半導體相變研究 |
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作 者 | 林志明; | 書刊名 | 物理雙月刊 |
卷 期 | 20:5 1998.10[民87.10] |
頁 次 | 頁600-606 |
分類號 | 337.472 |
關鍵詞 | 超高壓技術; 半導體相變; |
語 文 | 中文(Chinese) |
中文摘要 | 原子間距是決定凝聚態物質性質最重要的參數之一,壓力的最基本效應是縮短原子間距,從而引起物質性質的改變,對於物質相轉變、新物質的合成及電子和離子新的有序態的形成等研究,一直為物理界興緻勃勃的課題。到目前為止,元素週期表上只有少數元素尚未發現存在高壓相,典型離子晶體、半導體化合物、鐵電體等相變的系統研究,已獲得些許規律性的認知,現今對非晶態物質、層狀二維化合物、稀土化合物、有機物、氮化物、硼化物及硫化物等的研究頗為重視,主要在放尋找高溫超導體、含氫高儲能材料、高熱導率材料、增強韌度工程陶瓷、高功率半導體、壓致可調頻雷射晶體及具有其他優異性能的新材料,其中對金屬氫被預言為高溫超導體的研究最具代表性。 五十年代以前高壓技術(Kbar,千大氣壓,或GPa,萬大氣壓,以上,l Gpa=10Kbr)主要是用Bhdgman對頂砧和活塞-圓筒裝置,高壓強度可達100Kbar,五十年代以後,高壓技術的發展有兩方面,一為動態加壓心晝是採用高效率炸藥和迅變強磁場來產生高壓,大部份由於國防保密的原因,有關此動態加壓相關的報導是很有限的,另一為靜態加壓,目前幾乎有關絕緣體-金屬以及半導體-金屬等轉變臨界壓力量涮的實驗,皆為此種加壓方式。靜態加壓主要是發展超高壓砧室裝置,尤其具有重要意義的是鑽石高壓砧(diamond anvil cell,DAC)的出現,它已成為研究材料在超高壓條件下強有力的工具,幫助物理及化學學家發現新的物質狀態和研究新的物理性質,特別是幫助地質學家模擬高溫高壓的地心條件,其設備並不龐大,只是兩塊鑽石靠在一起,中間有數十微米(μm)的空間放置樣品,鑽石一方面作為頂砧來產生超高壓力,另一方面由于其透明度,為實驗觀察提供了一個窗口,如Raman散射,X射線繞射都能進行,還可用紅寶石光譜線的偏移來確定壓力強度。 近年來半導體相轉變在超高壓下的觀測技術已引起相當的重視,主要是想探討半導體元件在尺寸數量級縮小後,與周圍基板間所產生的內應力效應,尤其是半導體光電元件薄膜,strained layer超晶格的異質接面研究已是熱門的題目,而異質結構總是由不同晶格常數的材料構成,因此研究壓力變化下半導體的晶格常數變化,也可能會對strained layer超晶格的異質結構,提供更深一層的了解,利用外加應力或壓力來模擬內應力效應,是一可行的方法。另一個主要原因是:這些半導體材料在相變時,其聲子的振動模有很豐富的特性顯示,了解這些振動模與壓力的相關性可以幫助我們對晶格振動的特性有更深入的認識。本文主要是介紹鑽石高壓砧及相關超高壓技術,量測著重於半導體Micro-Raman 及同步輻射X-ray高壓相轉變觀測技術方面。 |
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