AlCl$_{3}$ 处理的 Si(100)-2$\times$1：吸附物、氯化铝链与掺入的 Al

研究了 AlCl$_{3}$ 在 Si(100) 上的吸附及对 AlCl$_{3}$ 处理衬底退火的影响，以揭示用于发展原子精度受主掺杂技术的关键表面过程。该工作通过扫描隧道显微镜（STM）、X 射线光电子能谱（XPS）与密度泛函理论（DFT）计算进行。室温下，AlCl$_{3}$ 易吸附于 Si 衬底二聚体并解离形成多种物种。在低于 450 $^{\circ}$C 温度下对 AlCl$_{3}$ 处理衬底退火，产生了沿 Si(100) 二聚体行方向延伸的独特氯化铝链（CACs）。提出了该链的原子模型并辅以 DFT 计算支持。在 450 $^{\circ}$C 及以上温度退火时，Al 掺入 Si 衬底，且温度超过 450 $^{\circ}$C 时观察到 Cl 脱附。将掺 Al 样品用 Si 封装，并通过二次离子质谱（SIMS）深度剖析表征以量化 Al 原子浓度，发现在约 2.7 nm 厚的 $\delta$ 掺杂区内浓度超过 10$^{20}$ cm$^{-3}$。此处实现的 Al 浓度及所采用的工艺参数，使 AlCl$_{3}$ 成为面向量子计算的新型受主掺杂 Si 材料与器件的一种可行气态前驱体。