反射高能电子衍射的原理及其应用

本文介绍了反射高能电子衍射的工作原理，并将其与低能电子衍射进行了比较，表明ＲＨＥＥＤ具有很多优越性。另外，综述了国内外有关利用ＲＨＥＥＤ进行表面科学及新材料研究方面的应用。

SrTiO_3同质外延过程中的反射高能电子衍射图案分析

在激光分子束外延实验中 ,用RHEED原位监测了SrTiO3基片初始、退火以及同质外延过程中的表面形态 .通过对RHEED图案分析 ,获取了表面面内的晶格常数振荡与衍射条纹的半高宽振荡现象 ,前者是由退火重构表面与薄膜之间的界面造成的 ,后者与二维岛边界的弛豫相关 .

双轴织构氧化铈薄膜的反射高能电子衍射分析

为了制备高温超导带材,采用直流反应磁控溅射在Ni-5%(摩尔分数)W衬底上制备双轴织构的CeO2薄膜用作缓冲层。通过反射高能电子衍射仪观察分析了双轴织构CeO2的衍射谱。选取某一衍射点,提取其衍射强度相对直入点的弧度分布,拟合半高宽得到其面外取向分布;旋转样品,对某一非对称晶面的衍射强度做摇摆分析,得到其面内取向分布,其结果均与X射线衍射分析结果较为吻合。在CeO2缓冲层上制备的YBa2Cu3O7薄膜的临界温度为88 K,临界电流密度为1.2 MA/cm2(77 K)。

反射高能电子衍射优化GaSb薄膜生长的工艺研究

在利用分子束外延(MBE)技术生长GaSb薄膜材料过程中,利用反射高能电子衍射仪(RHEED)实现了GaSb薄膜制备的实时监控。利用RHEED衍射振荡图样,对衬底表面的脱氧化层和生长过程进行分析和研究,得到了生长参数与衍射图样变化之间的关系,确定了衬底脱氧化层的温度;通过计算生长速率,实现了源温度、束流比和生长温度的优化;利用双晶X射线衍射(XRD)测试技术对GaSb外延薄膜层的表面生长质量进行初步表征和分析,证明了实验生长的薄膜材料基本可满足器件制备的要求,为下一步采用MBE制备量子阱及超晶格结构提供了实验依据。

反射式高能电子衍射对氧化物薄膜生长的原位监测

反射式高能电子衍射是一种对薄膜表面结构非常敏感的实时监测手段,通过对衍射花样的研究可以获得诸多有益的信息,将其引入薄膜制备装置对高质量薄膜的生长有着积极的指导意义。

用于MBE中的反射式高能电子衍射仪

对用于分子束外延(MBE)中的反射式高能电子衍射仪(RHEED)的工作原理以及RHEED衍射强度振荡在测量外延生长速率的应用进行了详尽的阐述;针对样品盘与RHEED系统的兼容问题,对样品盘进行了新的设计,并进行了实验研究。

反射高能电子衍射系统（RHEED）

高能电子小角度（～2℃）掠射样品表面，可以得到电子衍射图像，通过分析电子衍射图像，可以进行表面晶体构造分析，晶体成长过程观察及成膜厚度的监控。

反射高能电子衍射系统（RHEED）

高能电子小角度（-2℃）掠射样品表面，可以得到电子衍射图像．通过分析电子衍射图像，可以进行表面晶体构造分析，晶体成长过程观察及成膜厚度的监控．

Si(111)衬底上3C-SiC的固源MBE异质外延生长

国内首次利用固源分子束外延(MBE)技术,在衬底温度为1100℃时,以Si(111)为衬底成功地外延生长出了3C-SiC单晶薄膜。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)以及原位反射高能电子衍射(RHEED)等手段研究了外延薄膜的晶型、结晶质量、外延膜与衬底的外延取向关系,并考察了薄膜制备过程中衬底的碳化对薄膜质量的影响。结果表明,外延膜与衬底晶格取向完全一致;碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失配、释放应力、引入成核中心,有利于薄膜单晶质量的提高;碳化温度存在最佳值,这一现象与成核过程有关。

不同衬底温度下预沉积Ge对SiC薄膜生长的影响

分别在未沉积Ge和不同衬底温度(300、500、700℃)沉积Ge条件下,利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上外延SiC薄膜。通过反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等仪器对样品进行测试。测试结果表明,预沉积Ge的样品质量明显好于未沉积Ge的样品,而且随着预沉积温度的升高,薄膜的质量在逐渐地变好。

LaAlO_3/BaTiO_3/SrTiO_3三色超晶格的RHEED原位监测

采用激光脉冲分子束外延技术,在(100)取向的STO单晶基片上成功外延生长了LaAlO3/BaTiO3/SrTiO3超晶格。在超晶格薄膜生长过程中采用反射高能电子衍射(RHEED)对LaAlO3/BaTiO3/SrTiO3超晶格的生长过程进行了分析。通过对超晶格中各层RHEED图像分析,发现由于各层面内晶格失配的不同,超晶格各层生长特性有所区别。借助原子力显微镜(AFM)对超晶格表面形貌进行了表征,表明制备的超晶格具有原子级平整的表面。

标准温度和衬底分步清洗对GaN初始生长影响RHEED研究

在经过校温的ECR PEMOCVD装置上 ,通过分析RHEED(反射高能电子衍射 )图像研究了常规清洗和ECR等离子体所产生的活性氢氮等离子体源对蓝宝石衬底进行清洗、氮化实验 ,结果表明 :经常规清洗的蓝宝石衬底的表面晶质差异很大 ;按照经验清洗 30min是不能清洗充分的 ,那么根据情况进行多步清洗就显得很重要了 ;结果表明清洗得很充分的衬底经 2 0min的氮化出来 ,而未清洗充分的衬底 2

激光分子束外延SrTiO_3薄膜退火过程中表面扩散的研究

用激光分子束外延研究了SrTiO3 同质外延时原位退火中 ,反射高能电子衍射 (RHEED)强度的恢复———驰豫时间 ,导出了高真空下表面扩散的活化能为 0 31eV ,与低真空下的结果相比要小许多 ,这反映了粒子达到基片时的能量差。对沉积不同厚度的薄膜退火研究 ,表明当薄膜厚度增加时 ,表面恢复情况减弱 ,而导致随后的沉积时RHEED振荡周期的改变。

SiO_2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜。利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响。实验结果表明,当衬底温度超过500℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点。在650℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成。

InAs薄膜的分子束外延生长与表面形貌及表面重构分析

利用带有反射高能电子衍射(RHEED)仪的分子束外延(MBE)方法,通过RHEED图像演变实时监控薄膜生长状况,采用RHEED强度振荡测量薄膜生长速率,在InAs(001)基片上同质外延InAs薄膜。利用扫描隧道显微镜(STM)对MBE生长的InAs薄膜表面形貌以及表面重构进行扫描分析,证实样品表面为原子级平整,并指出样品表面处于β2(2×4)与α2(2×4)两种重构混合的重构相。

6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC量子阱结构制备及其发光特性

利用固源分子束外延(SSMBE)生长技术,在1350K的衬底温度下,通过改变Si束流强度,在6H-SiC(0001)面上外延生长6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC量子阱结构薄膜,并用反射高能电子衍射(RHEED)与光致发光(PL)谱对生长的薄膜的晶型和发光特性进行表征.RHEED结果显示生长的薄膜为6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC量子阱结构薄膜.室温下He-Gd激光激发的光致发光(PL)谱显示,薄膜在480-600nm范围内存在衬底未观察到的较强发光.拟合得到的发光峰与依据量子阱结构模型计算出的发光位置较为一致.由此表明,该强发光带可能是6H-SiC/3C-SiC/6H-SiC量子阱结构的发光.

Fe3O4/MgO(100)薄膜外场诱导电阻变化特性

采用激光分子束外延(L-MBE)方法,以MgO(100)为基底生长了Fe3O4单晶薄膜,研究了Fe3O4/MgO(100)薄膜外场(温度、磁和激光场)诱导电阻变化特性。X射线衍射(XRD)分析表明Fe3O4薄膜是沿MgO(200)晶面外延生长的单晶薄膜;反射高能电子衍射(RHEED)强度振荡曲线分析表明Fe3O4薄膜表面平整,而且生长模式为2维层状生长;原子力显微镜(AFM)分析表明Fe3O4薄膜表面粗糙度为0.201 nm,说明薄膜表面达到原子级平整度。外场作用下Fe3O4薄膜的电阻测试表明:薄膜样品的电阻在120 K(Verwey转变温度)出现一峰值,略微下降后继续增大,展现出半导体型的导电特性;在激光作用下,整个测量温度范围内薄膜样品的电阻减小,样品展示出瞬间光电导的特性;从降温曲线可以看出,Verwey转变温度由无激光作用时的120 K上升到有激光作用时的140 K;光致电阻变化率随着温度的降低而增大,这主要是由于激光作用导致电荷有序态的退局域化。

PLD方法制备ZnO薄膜的特征温度研究

用PLD方法在S i(1 1 1)衬底上制备了ZnO薄膜.在薄膜的沉积过程中,用安装在激光脉冲沉积设备上的反射高能电子衍射仪(RHEED)对薄膜的生长进行了原位监测.结合薄膜的X射线衍射(XRD)分析和荧光光谱(PL)分析,发现达到或者超过650°C时生长的薄膜,结构和光学特性得到了显著的改善.

MgO/SrTiO_3(001)生长初期的各向异性晶格畸变

通过原位的反射高能电子衍射,监测并测量了MgO/SrTiO3(001)岛状生长初期过程中的面内、面外晶格常数的演变。薄膜的面内晶格在一开始生长时就发生弛豫,且大多数应变在2 nm厚度左右被释放并几乎保持稳定,而面外的晶格应变弛豫一直持续进行。这种应变的各项异性被认为与薄膜的织构导致的应变能变化有关。

[(BaTiO_3)_m/(SrTiO_3)_m]_n超晶格生长的RHEED实时研究

利用反射高能电子衍射(RHEED),研究了在SrTiO3(100)基片上采用激光分子束外延法生长的[(Ba-TiO3)m/(SrTiO3)m]n超晶格薄膜的生长特性。观察到清晰明亮的反射高能电子衍射花样及富有周期性的RHEED振荡曲线,制备的超晶格呈现良好的结晶层状外延生长,薄膜表面及界面的平整度很好。