本工作利用掃描穿隧顯微鏡與掃描穿隧能譜研究N型LaAlO3/TiO2-SrTiO3異質接面的介面電子特性，並考慮因探針施加偏壓所引起樣品表面能帶彎曲的情況，藉由三維理論模型還原樣品表面真實的能帶情形。
根據實驗結果顯示LaAlO3內建電場值約為(30±5) mV/Å；在異質接面SrTiO3的接面處根據實驗與理論結果顯示能帶有向下彎曲的現象，能帶彎曲的能量大小為0.31 eV，能帶彎曲的範圍自接面處算起約0.8 nm。

In this work, the interfacial electronic property between N-type LaAlO3/TiO2-SrTiO3 has been investigated by using scanning tunneling microscopy and spectroscopy (STM/S). With the consideration of the tip-induced band bending effect during STM measurements and in conjunction with the three-dimensional theoretically analysis, the schematic band structure of the hetero-structured SrTiO3/LaAlO3 is also revealed.
Results indicate that the magnitude of the built-in field on the LaAlO3 is (30±5) mV/Å. The band bending on SrTiO3 side at the heterointerface is also observed. The band downshift of SrTiO3 side at the interface is 0.31 eV with about 0.8 nm decay length.

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1-1 LaAlO3/SrTiO3異質介面導電機制 1
第二章 研究動機 4
第三章 實驗儀器 5
3-1 掃描穿隧顯微鏡 5
3-2 穿隧效應 7
3-3 掃描穿隧能譜 9
3-4 掃描穿隧顯微鏡的操作模式 10
3-4-1 定電流模式 10
3-4-2 定高度模式 10
3-4-3 電流影像穿隧能譜 11
3-5 探針製作 12
3-6 儀器介紹 14
3-7 超高真空系統 15
3-7-1 真空計 15
3-7-2 真空幫浦 16
第四章 實驗結果 18
4-1 樣品資訊與實驗方法 18
4-2 實驗結果 19
第五章 理論基礎與流程 23
5-1 探針引起的能帶彎曲現象 23
5-2 探針引起的能帶彎曲模型 26
5-3探針引起能帶彎曲的理論計算模型 29
5-3-1探針引起能帶彎曲的一維理論模型[27] 29
5-3-2 三維座標系統[27,28] 30
5-3-3 解半導體內的電荷密度函數[27] 33
5-4 穿隧電流模擬的理論模型[28,29] 34
5-5 理論模擬與分析流程 36
第六章 理論分析與討論 38
6-1鈦酸鍶(SrTiO3)材料理論模擬 39
6-1-1 鈦酸鍶(SrTiO3)材料本質參數尋找 39
6-1-2 載子濃度與表面能態密度對穿隧電流密度的影響 40
6-1-3 探針與樣品距離對穿隧電流密度的影響 41
6-2單一均勻材質樣品的理論分析與討論 42
6-2-1遠離LaAlO3/ SrTiO3接面的SrTiO3 42
6-2-2靠近LaAlO3/ SrTiO3接面的SrTiO3 43
6-2-3載子濃度對鈦酸鍶(SrTiO3)能帶邊緣及穿隧能譜的影響 44
6-2-4 LaAlO3薄膜 45
6-5異質結構SrTiO3/LaAlO3/SrRuO3的理論分析與討論 47
6-5-1 材料區域定義 47
6-5-2 LaAlO3/ SrTiO3接面的SrTiO3 47
6-5-3 LaAlO3薄膜介電常數對能帶邊緣的影響 49
6-6 分析結果 51
第七章 結論 52
參考文獻 53

1. G. A. Baraff, J. A. Appelbaum, and D. R. Hamann, Phys. Rev. Lett. 38, 237 (1977).
2. W. A. Harrison, E. A. Kraut, J. R. Waldrop, and R. W. Grat, Phys. Rev. B 18, 4402 (1978).
3. A. Tsukazaki et al., Science 315, 1388 (2007).
4. O. Ambacher et al., J. Appl. Phys. 85, 3222 (1999).
5. A. Ohtomo, and H. Y. Hwang, Nature 427, 423 (2004).
6. J. L. Maurice et al., Phys. Stat. Sol. (a) 203, 2209 (2006).
7. M. Basletic et al., Nat. Mater. 7, 621 (2008).
8. S. Thiel et al., Science 313, 1942 (2006).
9. Y. Segal et al., Phys. Rev. B 80, 241107 (2009)
10. P.R. Willmott et al., Phys. Rev. Lett. 99, 155502 (2007).
11. R. Pentcheva, and W. E. Pickett, Phys. Rev. Lett. 102, 107602 (2009).
12. Z. S. Popovic, S. Satpathy, and R. M. Martin, Phys. Rev. Lett. 101, 256801 (2008).
13. G. Singh-Bhalla et al., Nature Phys. 7, 80 (2011).
14. K. Yoshimatsu et al., Phys. Rev. Lett. 101, 026802 (2008).
15. K. Janicka et al., Phys. Rev. Lett. 102, 106803 (2009)
16. A. Kalabukhov et al., Phys. Rev. B 75, 121404 (2007).
17. G. Herranz et al., Phys. Rev. Lett. 98, 216803 (2007).
18. W. Siemons et al., Phys. Rev. B 76, 155111 (2007).
19. N. Nakagawa, H. Y. Hwang, and D. A. Muller, Nat. Mater. 5, 204 (2006).
20. J. L. Maurice et al., EPL 82, 17003 (2008).
21. W. J. Son et al., Phys. Rev. B 79, 245411 (2009).
22. J. Lee, and A. A. Demkov, Phys. Rev. B 78, 193104 (2008).
23. G. Binning, H. Roherer, Ch. Gerber, and E. Weibel, Phys. Rev. Lett. 49, 57 (1982).
24. G. Binning, and H. Roherer, Surf. Sci. 126, 236 (1983).
25. D. A. Bonnell, Scanning tunneling microscopy and spectroscopy: Theory, Techniques, and Application (VCH Publishers, Inc., New York, 1993).
26. C. J. Chen, Introduction to scanning tunneling microscopy 2nd ed. (Oxford university press, New York, 2007).
27. R. M. Feenstra, J. Vac. Sci. Technol. B 21, 2080 (2003).
28. Y. Dong et al., J. Appl. Phys. 103, 073704 (2008).
29. R. M. Feenstra et al.,Nanotechnology 18, 044015 (2007)
30. Wolter Siemons et al., Phys. Rev. Lett. 98, 196802 (2007).
31. N. Shanthi and D. D. Sarma, Phys. Rev. B 57, 2153 (1998).