基于几何相位分析的Nb-Si{001}界面应变研究

用高分辨电子显微成像和几何相位分析,研究不同溅射气压下制备的铌薄膜/硅基体的界面微观结构和应变状态。结果表明:铌薄膜表面由花瓣状层片组织构成,层片组织随机分布,没有明显的特征取向;随着溅射气压的增大,层片尺寸随之增大,致密度减小,出现大量孔隙,铌薄膜和硅基体之间存在铌、硅元素的混合层;当溅射气压为0.65 Pa,0.85 Pa和1 Pa时,硅基体中应变ε_(xx)分别是–0.16%,–0.30%和0.42%,ε_(yy)分别是–1.23%,–0.31%和0.26%,溅射气压对硅基体的应变状态具有很大影响;硅基体的应变主要来自于界面混合层和铌薄膜的作用,混合层中铌原子和硅原子相互混杂,存在大量结构缺陷,产生本征应力,从而导致硅基体中产生应变。

基于几何相位分析的Nb/Si{111}界面应变研究

本文使用高分辨透射电镜(HRTEM)成像和几何相位分析,研究不同溅射气压制备的铌薄膜/硅基体的界面微观结构和应变状态。研究结果表明:铌薄膜表面由花瓣状层片组织构成,层片组织随机分布,没有明显的特征取向;随着溅射气压的增大,层片尺寸随之增大,致密度减小,出现了大量孔隙,铌薄膜和硅基体之间产生铌、硅元素的混合层;随着溅射气压的增大,硅基体中应变的大小和方向均不相同,溅射气压对硅基体的应变状态具有很大影响;硅基体的应变主要来自于界面混合层和铌薄膜的作用,混合层中铌原子和硅原子相互混杂,存在大量结构缺陷,产生本征应力,从而导致硅基体中产生应变。

几何相位分析法(GPA)基本原理

阐述了利用高分辨像分析获得相关区域的位移场和应变场大小的几何相位法的基本原理,其方法是将高分辨像的傅里叶变换后选择两个非线性矢量,软后再进行反傅里叶变换,即可以得到微观测量尺度上的、高精度的位移场和应变场。

透射电子显微镜在数字合金结构与性能表征方面的应用

透射电子显微镜因其全面系统的测试条件,成为材料微观领域研究的有效手段。本文利用透射电镜对AlInAsSb数字合金的显微结构进行了系统的研究。通过几何相位分析,发现AlAs插层中的砷原子有沿生长方向扩散的趋势。此外,利用能带结构模拟和电子全息技术揭示了AlAs插层间对电荷分布的影响。这种研究方法显示了透射电镜在半导体材料微观表征方面的优越性,对构建半导体器件的微观结构和宏观性能的联系具有很高的指导价值。

InAs/GaSbⅡ型超晶格的锯齿形解理

本文利用高分辨透射电子显微技术及高分辨像几何相位分析技术,对分子束外延方法生长在GaSb(001)面上的InAs/GaSbⅡ型超晶格材料进行了界面显微结构和解理特征的研究。众所周知,InAs和GaSb都是立方硫化锌结构,具有平行于{110}面的六组完全解理面,然而,本工作中发现InAs/GaSb超晶格的解理面发生改变,平行于{111}面解理,并在InAs/GaSb界面处发生扭折,呈现锯齿状解理边缘。而在InAs盖帽层即非超晶格区域内,解理面依然平行于{110}面。通过建立超晶胞模型与计算分析表明,在超晶胞中由于共格应力的对称性降低,(110)面的电中性发生改变,导致解理面从电中性的{110}面转变为面网密度最大的{111}面。界面两侧应力分布分析结果表明,锯齿状{111}解理边缘是Ga-As型界面与In-Sb型界面所受应力作用不同的结果。

钼裂纹尖端微观应变场的实验与有限元研究

采用原位扫描电子显微术对在预制缺口尖端附近沉积有周期性网格图案的纯钼样品进行单轴拉伸断裂实验,获得了一系列关于裂纹萌生和扩展的变形网格图案的图像.使用几何相位分析技术测量了裂纹尖端附近的应变场.同时,基于实验测得的材料参数,采用扩展有限元方法进行了动态裂纹扩展模拟.将实验测量结果与有限元模拟结果进行对比,结果表明:实验测量结果与模拟计算结果在整个载荷加载过程中都保持一致.证明几何相位分析技术可以精确的测量具有周期性网格的扫描电子显微图像中的应变场,而扩展有限元法可以有效地模拟动态裂纹的扩展过程,在微米尺度实验测试与有限元模拟吻合良好.

一种标定显微镜镜头畸变的方法

提出了一种标定光学显微镜图像失真的方法,该方法利用一块高精度的光栅作为参考,用显微镜拍摄光栅作为变形栅,使用加窗傅里叶几何相位分析法求解光栅形变,得到显微镜镜头畸变场.仿真结果表明了该方法的可行性.最后对KEYENCE VHX-1000型数码显微镜放大100~500倍时的镜头畸变进行了标定.

MBE法制备GaAs/AlGaAs纳米线的微观量子结构的应力应变分布研究

研究了砷化镓/砷化铝镓(GaAs/AlGaAs)核壳结构纳米线中量子结构的微结构和应力应变分布.本文使用分子束外延法制备了GaAs/AlGaAs纳米线,并使用高分辨技术和原子重构对纳米线中的量子结构进行了分类,通过几何相位分析,我们发现纳米线径向的应变主要来自于核与壳层的失配,量子结构主要影响纳米线轴向及扭转方向上的应变.同时量子点密度也影响着纳米线轴向方向的应变.

纳米级晶粒间小角度晶界应变场的实验研究

对多晶金中纳米级晶粒间的小角度晶界应变场进行了实验研究。实验结果显示该晶界由不规律排列的离散位错组成。通过结合高分辨透射电子显微镜和几何相位分析技术计算出了晶界的应变场。应变分布图显示最大的应变值发生在各个位错的位错芯区域。应变由位错芯向外扩散,逐渐变小。对比其中一些位错的应变场发现,当位错间距>1 nm时,位错间的相互影响变小。

Al-Zn-Mg-Cu合金中一种新型Al_3Zr-η'核壳颗粒的透射电子显微镜观察（英文）

利用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)观察了Al-12Zn-2.4Mg-1.1Cu-0.5Ni-0.2Zr合金中的Al_3Zr-η′核壳颗粒。结果发现:Al_3Zr颗粒在合金基体中以2种形态存在,一种是与基体共格单独存在的Al_3Zr颗粒;另外一种是作为η′析出相形核位置的核心Al_3Zr颗粒,形成了一种与基体半共格的Al_3Zr-η′核壳颗粒。该核壳颗粒的壳层由4种η′析出相变体组成。核心Al_3Zr颗粒内部的晶格变形低于单独存在的Al_3Zr颗粒,η′析出相和基体界面处存在显著的晶格应变。

Al-Zn-Mg-Cu合金时效沉淀相应变场研究

利用高分辨透射电子显微镜研究喷射成形Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金不同时效时间析出的GPⅡ区和η′亚稳沉淀相,并结合几何相位分析软件计算了GPⅡ区和η′亚稳沉淀相的应变场。研究表明:该合金的时效硬度变化和主要析出相的变化密切相关。GPⅡ区大量弥散析出是造成合金硬度迅速上升的主要原因。η′是峰值时效状态下的主要析出强化相。析出相从GPⅡ区到η′的转变,是应变峰值较小的分散半共格应变场取代了应变峰值较大的集中共格应变场的过程。并对GPⅡ区和η′亚稳沉淀相的演变过程及强化机制进行了讨论。

喷射沉积Al-Zn-Mg-Cu合金GP区应变场的定量测试

为定量测试喷射沉积合金GP区周围的晶格应变的分布,利用喷射成形技术制备了Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金。随后对合金进行热挤压、758K固溶2小时和393K时效20小时处理。利用高分辨透射电子显微镜(High Resolution Transmission Electron Microscopy,HRTEM)和几何相位分析(Geometric Phase Analysis,GPA)软件对GP区的结构和应变场进行了测量和分析。结果表明,GP区附近的应变值在各方向差别较大,沿GP区惯习面法线方向的应变最大(εxx=-0.092),与惯习面平行方向上的应变最小(εyy=-0.004)。该项结果可解释GP区附近位错运动的差异:由于应变场在各方向上存在较大差别,产生的应变强化效果不同,导致阻碍位错运动的能力也有所不同。

刃型位错理论模型的实验验证

刃型位错芯周围变形场的实验测量是多年来非常困难的研究任务,它导致目前有多种位错理论模型并存。为了检验刃型位错理论模型的适用性,使用透射电子显微镜直接观察并获得了多晶金中刃型位错的高分辨电子显微图像,并采用几何相位分析方法测量了刃型位错周围的位移场和应变场。将实验测量结果与线弹性理论位错模型、Peierls-Nabarro位错模型及Fore-man(a=4)位错模型进行了比较。结果表明,三种位错理论模型在远离位错芯的区域都能描述刃型位错变形场,但在距离位错芯较近的区域,Peierls-Nabarro模型是最适当的位错理论模型。