當互補式金屬氧化物半導體(CMOS)被要求改善而使用矽以外的通道材料，半導體化合物，如砷化鎵，由於遷移率比矽較高，被視為候選者。高性能元件需要高品質的高介電值與氧化物介面。幾種稀土氧化物，氧化釓，氧化鎵（氧化钆），氧化鋁...等，都表現出了優異的結果。然而，界面能態密度值(Dit)下降到了一個極限。Dit來源部分是從基板表面上的懸掛鍵。砷化鎵(111)的表面較(100)擁有較小的斷鍵數。這項工作在研究GaAs (111)A的表面以及與稀土族氧化物的界面。本論文中所使用的氧化物為氧化釓以及氧化鋁。並且在化學上、結構上以及電性上進行氧化物與半導體界面的分析。
氧化釓沉積在利用MBE系統成長的GaAs (111)A上。氧化物薄膜利用反射式高能電子繞射及高解析度同步輻射X-ray繞射分析。薄膜隨著厚度從2奈米到6奈米產生結構變化，從六方晶系轉變成單斜晶系；2奈米氧化物擁有H-Gd2O3(0001)[101 ̅0]||GaAs(111)[42 ̅2 ̅ ]的關係，而6奈米氧化物則是M-Gd2O3(2 ̅01)[102]||GaAs(111)〈42 ̅2 ̅ 〉，其中H和M分別表示六方晶系和單斜晶系。
當砷化鎵(111)A表面暴露在三甲基鋁(TMA)時，TMA會失去所有的甲基形成鋁原子，再鎵空缺處與砷產生鍵結。另外，一種物理吸附的TMA分子會在另外的位置形成。接下來氧化物的成長不會讓在鎵空缺的鋁、砷或者鎵的氧化。重構後的鎵原子會產生懸掛鍵，而且所有的砷原子會形成四重配位。最後因為水的加入會使物理吸附的TMA遭到破壞，而開始氧化鋁的形成。

1 D. A. Muller, T. Sorsch, S. Moccio, F. H. Baumann, K. Evans-Lutterodt, and G. Timp, Nature 399, 758 (1999).
2 J. B. Neaton, D. A. Muller, and N. W. Ashcroft, Phys. Rev. Lett. 85, 1298 (2000).
3 K. Mistry, C. Allen, C. Auth, B. Beattie, D. Bergstrom, M. Bost, M. Brazier, M. Buehler, A. Cappellani, R. Chau, C. H. Choi, G. Ding, K. Fischer, T. Ghani, R. Grover, W. Han, D. Hanken, M. Hatttendorf, J. He, J. Hicks, R. Huessner, D. Ingerly, P. Jain, R. James, L. Jong, S. Joshi, C. Kenyon, K. Kuhn, K. Lee, H. Liu, J. Maiz, B. McIntyre, P. Moon, J. Neirynck, S. Pei, C. Parker, D. Parsons, C. Prasad, L. Pipes, M. Prince, P. Ranade, T. Reynolds, J. Sandford, L. Schifren, J. Sebastian, J. Seiple, D. Simon, S. Sivakumar, P. Smith, C. Thomas, T. Troeger, P. Vandervoorn, S. Williams, and K. Zawadzki, IEEE International Electron Devices Meeting, Vols 1 and 2, 247 (2007).
4 G. D. Wilk, R. M. Wallace, and J. M. Anthony, J. Appl. Phys. 89, 5243 (2001).
5 J. Robertson, Rep. Prog. Phys. 69, 327 (2006).
6 K. Kukli, J. Ihanus, M. Ritala, and M. Leskela, Appl. Phys. Lett. 68, 3737 (1996).
7 J. Aarik, A. Aidla, A. A. Kiisler, T. Uustare, and V. Sammelselg, Thin Solid Films 340, 110 (1999).
8 D. R. G. Mitchell, A. Aidla, and J. Aarik, Appl. Surf. Sci. 253, 606 (2006).
9 M. Gutowski, J. E. Jaffe, C. L. Liu, M. Stoker, R. I. Hegde, R. S. Rai, and P. J. Tobin, Appl. Phys. Lett. 80, 1897 (2002).
10 H. Y. Yu, N. Wu, M. F. Li, C. X. Zhu, B. J. Cho, D. L. Kwong, C. H. Tung, J. S. Pan, J. W. Chai, W. D. Wang, D. Z. Chi, C. H. Ang, J. Z. Zheng, and S. Ramanathan, Appl. Phys. Lett. 81, 3618 (2002).
11 H. R. Huff, A. Hou, C. Lim, Y. Kim, J. Barnett, G. Bersuker, G. A. Brown, C. D. Young, P. M. Zeitzoff, J. Gutt, P. Lysaght, M. I. Gardner, and R. W. Murto, Microelectron. Eng. 69, 152 (2003).
12 S. M. Sze, Physics of Semiconductors Devices, 2nd ed. (Wiley, New York, 1981).
13 M. Hong, J. Kwo, T. D. Lin, and M. L. Huang, MRS Bulletin 34, 514 (2009).
14 T. D. Lin, Y. H. Chang, C. A. Lin, M. L. Huang, W. C. Lee, J. Kwo, and M. Hong, Appl. Phys. Lett. 100, 172110 (2012).
15 Y. Xuan, Y. Q. Wu, H. C. Lin, T. Shen, and P. D. Ye, IEEE Electron Device Letter 28, 935 (2007).
16 G. Brammertz, K. Martens, S. Sioncke, A. Delabie, M. Caymax, M. Meuris, and M. Heyns, Appl. Phys. Lett. 91, 133510 (2007).
17 E. O'Connor, S. Monaghan, K. Cherkaoui, I. M. Povey, and P. K. Hurley, Appl. Phys. Lett. 99, 212901 (2011).
18 Y. Yuan, L. Q. Wang, B. Yu, B. H. Shin, J. Ahn, P. C. McIntyre, P. M. Asbeck, M. J. W. Rodwell, and Y. Taur, IEEE Electron Device Letter 32, 485 (2011).
19 Y. H. Chang, C. A. Lin, Y. T. Liu, T. H. Chiang, H. Y. Lin, M. L. Huang, T. D. Lin, T. W. Pi, J. Kwo, and M. Hong, Appl. Phys. Lett. 101, 172104 (2012).
20 C. L. Hinkle, A. M. Sonnet, E. M. Vogel, S. McDonnell, G. J. Hughes, M. Milojevic, B. Lee, F. S. Aguirre-Tostado, K. J. Choi, J. Kim, and R. M. Wallace, Appl. Phys. Lett. 91 (16) (2007).
21 H. C. Lin, W. E. Wang, G. Brammertz, M. Meuris, and M. Heyns, Microelectron. Eng. 86, 1554 (2009).
22 T. W. Pi, H. Y. Lin, T. H. Chiang, Y. T. Liu, Y. C. Chang, T. D. Lin, G. K. Wertheim, J. Kwo, and M. Hong, Appl. Phys. Lett. 284, 601 (2013).
23 T. W. Pi, H. Y. Lin, T. H. Chiang, Y. T. Liu, G. K. Wertheim, J. Kwo, and M. Hong, J. Appl. Phys. 113, 203703 (2013).
24 T. W. Pi, H. Y. Lin, Y. T. Liu, T. D. Lin, G. K. Wertheim, J. Kwo, and M. H. Hong, Nanoscale Res. Lett. 8, 169 (2013).
25 S. Iwakami, O. Machida, M. Yanagihara, T. Ehara, N. Kaneko, H. Goto, and A. Iwabuchi, Jpn. J. Appl. Phys. 46, L587 (2007).
26 S. Bouzid-Driad, H. Maher, N. Defrance, V. Hoel, J. C. De Jaeger, M. Renvoise, and P. Frijlink, IEEE Electron Device Letter 34, 36 (2013).
27 T. Egawa, B. Zhang, and H. Ishikawa, IEEE Electron Device Letter 26, 169 (2005).
28 A. H. Blake, D. Caselli, C. Durot, J. Mueller, E. Parra, J. Gilgen, A. Boley, D. J. Smith, I. S. T. Tsong, J. C. Roberts, Edwin Piner, Kevin Linthicum, James W. Cook, Daniel D. Koleske, Mary H. Crawford, and Arthur J. Fischer, J. Appl. Phys. 111, 033107 (2012).
29 S. Y. Wu, M. Hong, A. R. Kortan, J. Kwo, J. P. Mannaerts, W. C. Lee, and Y. L. Huang, Appl. Phys. Lett. 87, 091908 (2005).
30 W. R. Liu, Y. H. Li, W. F. Hsieh, C. H. Hsu, W. C. Lee, M. Hong, and J. Kwo, J. Phys. D: Appl. Phys. 41, 065105 (2008).
31 S. H. Hsu, H. C. Chang, C. L. Chu, Y. T. Chen, W. H. Tu, F. J. Hou, C. H. Lo, P. J. Sung, B. Y. Chen, G. W. Huang, G. L. Luo, C. W. Liu, C. M. Hu, and F. L. Yang, Tech. Dig. – Int. Electron Devices Meet. (2012).
32 C. H. Lee, T. Nishimura, K. Nagashio, K. Kita, and A. Toriumi, IEEE Trans. Electron Devices 58, 1295 (2011).
33 H. Ishii, N. Miyata, Y. Urabe, T. Itatani, T. Yasuda, H. Yamada, N. Fukuhara, M. Hata, M. Deura, M. Sugiyama, M. Takenaka, and S. Takagi, Appl. Phys. Express 2, 121101 (2009).
34 X. Wang, L. Dong, J. Zhang, Y. Liu, P. D. Ye, and R. G. Gordon, Nano Lett. 13, 594 (2013).
35 M. Xu, Y. Q. Wu, O. Koybasi, T. Shen, and P. D. Ye, Appl. Phys. Lett. 94, 212104 (2009).
36 Y. Q. Liu, M. Xu, J. Y. Heo, P. D. Ye, and R. G. Gordon, Appl. Phys. Lett. 97, 162910 (2010).
37 L. Vina and W. I. Wang, Appl. Phys. Lett. 48, 36 (1986).
38 Y. C. Chang, W. H. Chang, C. Merckling, J. Kwo, and M. Hong, Appl. Phys. Lett. 102, 093506 (2013).
39 Y. C. Wang, M. Hong, J. M. Kuo, J. P. Mannaerts, J. Kwo, H. S. Tsai, J. J. Krajewski, J. S. Weiner, Y. K. Chen, and A. Y. Cho, Compound Semiconductor Surface Passivation and Novel Device Processing 573, 219 (1999).
40 M. Hong, J. P. Mannaerts, J. E. Bower, J. Kwo, M. Passlack, W. Y. Hwang, and L. W. Tu, J. Cryst. Growth 175, 422 (1997).
41 Y. H. Chang, M. L. Huang, P. Chang, C. A. Lin, Y. J. Chu, B. R. Chen, C. L. Hsu, J. Kwo, T. W. Pi, and M. Hong, Microelectron. Eng. 88, 440 (2011).
42 W. H. Chang, C. H. Lee, Y. C. Chang, P. Chang, M. L. Huang, Y. J. Lee, C. H. Hsu, J. M. Hong, C. C. Tsai, J. R. Kwo, and M. Hong, Adv. Mater. 21, 4970 (2009).
43 Y. L. Huang, P. Chang, Z. K. Yang, Y. J. Lee, H. Y. Lee, H. J. Liu, J. Kwo, J. P. Mannaerts, and M. Hong, Appl. Phys. Lett. 86, 191905 (2005).
44 John F. Watts and John Wolstenholme, An introduction to surface analysis by XPS and AES. (Wiley, New York, 2003).
45 Simon Garrett, (CEM924, 2001).
46 Stefan Hüfner, Photoelectron Spectroscopy: Principles and Applications. (Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1995).
47 B. K. Agarwal, X-Ray Spectroscopy, 2nd ed. (Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1991).
48 B. B. Ratner and D. G. Castner, Surface-Analysis-The Principle Techniques. (Wiley, New York, 1997).
49 Jens Als-Nielsen and Des McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics. (Wiley, New York, 2001).
50 B.E. Warren, X-ray Diffraction. (Dover Publications, New York, 1969).
51 B.D. Cullity, Elements of X-ray Diffraction. (Addison-Wesley, Boston, 1978).
52 D. Keith Bowen and Brian K. Tanner, High Resolution X-ray Diffractometry and Topography. (Taylor & Francis, London, 1998).
53 Chunli Bai, Scanning tunneling microscopy and its applications, 2nd ed. (Springer-Verlag, New York, 2000).
54 C. Julian Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy. (Oxford University Press, New York, 1993).
55 K. Oura, V. G. Lifshits, A. A. Saranin, A. V. Zotov, and M. Katayama, Surface science: an introduction. (Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2003).
56 R. V. Lapshin, Review of Scientific Instruments 66, 4718 (1995).
57 R. V. Lapshin, Nanotechnology 15, 1135 (2004).
58 Review of Scientific Instruments, Measurement Science and Technology 18, 907 (2007).
59 E. H. Nicollian and J. R. Brews, MOS Physics and Technology. (Wiley, Nwe York, 2003).
60 E. H Nicollian and A. Goetzberger, The Bell System Technical Journal 46, 1055 (1967).
61 F. Jona, IBM J. Res. Dev. 9, 375 (1965).
62 A. Y. Cho, J. Appl. Phys. 42, 2074 (1971).
63 D. J. Chadi, J. Vac. Sci. Technol. A 5, 834 (1987).
64 D. J. Frankel, C. Yu, J. P. Harbison, and H. H. Farrell, J. Vac. Sci. Technol. B 5, 1113 (1987).
65 V. P. LaBella, H. Yang, D. W. Bullock, P. M. Thibado, P. Kratzer, and M. Scheffler, Phys. Rev. Lett. 83, 2989 (1999).
66 A. Ohtake, P. Kocán, K. Seino, W. G. Schmidt, and N. Koguchi, Phys. Rev. Lett. 93, 266101 (2004).
67 D. A. Woolf, D. I. Westwood, and R. H. Williams, Appl. Phys. Lett. 62, 22 (1993).
68 S. Y. Tong, G. Xu, and W. N. Mei, Phys. Rev. Lett. 52, 1693 (1984).
69 H. Yamaguchi, Y. Homma, K. Kanisawa, and Y. Hirayama, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 635 (1999).
70 T. W. Pi, B. R. Chen, M. L. Huang, T. H. Chiang, G. K. Wertheim, M. Hong, and J. Kwo, J. Phys. Soc. Jpn. 81, 064603 (2012).
71 M. Cukr, P. Jiříček, I. Bartoš, and J. Sadowski, Journal of Physics: Conference Series 100, 072017 (2008).
72 J. J. Yeh and I. Lindau, At. Data Nucl. Data Tables 32, 1 (1985).
73 S. Tanuma, C. J. Powell, and R. D. Penn, Surf. Interface Anal. 17, 911 (1991).
74 W. H. Chang, S. Y. Wu, C. H. Lee, T. Y. Lai, Y. J. Lee, P. Chang, C. H. Hsu, T. S. Huang, J. R. Kwo, and M. Hong, ACS Appl. Mater. Interfaces 5, 1436 (2013).
75 J. Kwo, M. Hong, A. R. Kortan, K. L. Queeney, Y. J. Chabal, R. L. Opila, D. A. Muller, S. N. G. Chu, B. J. Sapjeta, T. S. Lay, J. P. Mannaerts, T. Boone, H. W. Krautter, J. J. Krajewski, A. M. Sergnt, and J. M. Rosamilia, J. Appl. Phys. 89, 3920 (2001).
76 Pen Chang, National Tsing Hua University, 2011.
77 K. H. Shiu, C. H. Chiang, Y. J. Lee, W. C. Lee, P. Chang, L. T. Tung, M. Hong, J. Kwo, and W. Tsai, J. Vac. Sci. Technol. B 26, 1132 (2008).
78 Y. Yuan, L. Wang, B. Yu, B. Shin, J. Ahn, P. C. McIntyre, P. M. Asbeck, M. J. W. Rodwell, and Y. Taur, IEEE Electron Device Letter 32, 485 (2011).
79 G. Brammertz, H. C. Lin, K. Martens, D. Mercier, S. Sioncke, A. Delabie, W. E. Wang, M. Caymax, M. Meuris, and M. Heyns, Appl. Phys. Lett. 93, 183504 (2008).
80 P. D. Ye, G. D.Wilk, J. Kwo, B. Yang, H.-J. L. Gossmann, M. Frei, S. N. G. Chu, J. P. Mannaerts, M. Sergent, M. Hong, K. K. Ng, and J. Bude, IEEE Electron Device Letter 24, 209 (2003).
81 A. Taguchi, K. Shiraishi, and T. Ito, Phys. Rev. B 61, 12670 (2000).
82 A. Taguchi, K. Shiraishi, and T. Ito, J. Cryst. Growth 201, 73 (1999).
83 A. Taguchi, K. Shiraishi, and T. Ito, Appl. Phys. Lett. 162, 354 (2000).
84 F. Zhang, M. Lang, J. Wang, U. Becker, and R. Ewing, Phys. Rev. B 78, 064114 (2008).
85 M. Zinkevich, Prog. Mater. Sci. 52, 597 (2007).
86 B. Wu, M. Zinkevich, F. Aldinger, D. Z. Wen, and L. Chen, J. Solid State Chem. 180, 3280 (2007).
87 M. Rahm and N. Skorodumova, Phys. Rev. B 80, 104105 (2009).
88 D. Lonappan, N. V. C. Shekar, P. Ch. Sahu, B. V. Kumarasamy, A. K. Bandyopadhyay, and M. Rajagopalan, Phil. Mag. Lett. 88, 473 (2008).
89 X. J. Weng, D. A. Grave, Z. R. Hughes, D. E. Wolfe, and J. A. Robinson, J. Vac. Sci. Technol. A 30, 041512 (2012).
90 D. A. Grave, M. P. Schmitt, J. A. Robinson, and D. E. Wolfe, Surf. Coat. Technol. 242, 68 (2014).