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半导体表面结构及其上的自组织生长研究一直是当今科技界重要的研究课题之一。本论文采用扫描隧道显微镜对Si(111)表面上Ge的纳米结构、大范围平整Ge(001)表面的制备、Ge(001)表面及其上外延Ge岛的结构与偏压诱导结构转变以及In在Ge(001)表面上的外延生长进行了研究，具体如下：
1.研究了Ge在Si(111)表面上形成的一种也√3×√3R30°纳米结构，并进行了相应的第一性原理密度泛函理论计算，提出退火导致Si表面由7×7向1×1局域的结构转变，并在其上形成局域的√3×√3/3R30°纳米结构，其中Ge原子位于Si(111)表面上的乃位置。另外，电子结构计算表明该结构具有金属性。
2.采用在离子溅射/退火后获得的Ge(001)表面沉积亚单层Ge的新方法制备出适合外延生长研究的几乎无缺陷的清洁Ge(001)表面。
3.观察到Ge(001)表面上的2×1与c(4×2)结构随着扫描偏压的可逆结构转变，发生转变的临界偏压是-0.8V，认为在-0.80V的偏压下，针尖与衬底表面的相互作用能够克服Sb-Ge二聚体的flip-flop运动，另外Sb-Ge二聚体可以钉扎与其相邻的Ge-Ge二聚体，所以部分对称的二聚体被稳定成非对称的二聚体。相似的转变也发生在Ge(001)表面上Ge的外延岛上，但是临界偏压是-1.0V。
4.研究了In在Ge(001)表面上的外延结构随着退火温度、沉积量的变化。当0.85ML的In沉积在Ge(001)表面的时候，衬底没有被In链完全覆盖，等间距(0.8nm)分布的In链垂直Ge二聚体链方向生长。进一步在320℃下退火约1小时后，所有In链的长度减小，沿着衬底的二聚体链方向等间距(1.6nm)生长。当沉积量增加到2.1ML，随着退火温度的升高到130℃，In原子逐渐{103}小面化成粗长形状的In团簇，温度继续升高，最终完全{103}小面化，直到3800C，大多数的In原子发生热脱附，剩余的In原子不足以小面化，而形成链状结构。