二氧化钛表面包覆氧化硅纳米膜的热力学研究

热力学计算结果表明 ,氧化硅的临界成核半径为 2 .8nm.由起伏引起的核胚如果小于 2 .8nm则不会形成晶核而继续生长 .上述热力学分析虽然是半理想化的 ,但是非常有效 .可以找到这样一个体系 ,其溶液条件不发生均匀成核 ,而是异相表面成核 .

(001)取向硅基底上异质外延金刚石薄膜实验研究

单晶硅基底上异质外延生长单晶金刚石薄膜具有重要的理论和实际意义,有广阔的应用前景。它是世界上技术先进国家重点研究课题之一,也是材料工作者的努力方向。目前金刚石薄膜的外延仅局限于同质外延和在微米量级的立方氮化硼(C-BN)上生长。由于硅与金刚石表面能和晶格参数相差非常大(Si:a=0.536 nm,(111)面表面能=1.5 J·m^(-2);金刚石:a=0.356 nm,表面能=6 J·m^(-2),使得硅基底上能否直接外延生长金刚石成为悬而未决的问题。由于缺乏直接的证据,导致众说纷云。

用表面分析方法直接研究亚稳态条件下金刚石的生长机理

低压气相生长金刚石是在石墨处于稳态而金刚石处于亚稳态条件下进行的。利用原子H对石墨的腐刻速率比对金刚石要大两个数量级,在生长室中加入过饱和的原子氢,造成有利于金刚石生长而抑制石墨生长的动力学优势。对于金刚石生长机制的研究,目前已基本确定CH_3/CH_4和C_2H_2是金刚石主要的前驱生长基团,但对于它们对金刚石(111)和(100)面的贡献还没有取得统一的认识。

新型高分辨率电子能量损失谱仪与表面元激发研究

高分辨率电子能量损失谱仪利用单色平行电子束入射样品表面,与表面吸附基团的化学键振动、表面声子、电子及其集体激发模式等相互作用而被散射,通过分析散射电子的能量和动量,可以测量表面化学键、晶格动力学、电子态占据以及表面等离激元等的精确信息,是表面科学研究的有力工具.最近,能够对电子能量、动量做二维成像探测分析的半球形电子能量分析器被引入电子能量损失谱仪,实现了高能量、动量分辨率的高效率测量.在对FeSe/SrTiO_3界面超导增强物理机制的研究中,不同厚度的FeSe膜表面的电子能量损失谱表明衬底光学声子产生的偶极电场能够穿透到薄膜内部,诱导较强的电子-声子耦合作用,从而增强薄膜中电子的配对作用,进而使超导转变温度显著提高.三维拓扑绝缘体Bi_2Se_3表面大动量范围的电子能量损失谱还显示出一支奇异的电子集体激发模式,其色散特征不受晶格周期性的限制,而且其寿命和强度几乎不随动量的增加而衰减.这说明在拓扑绝缘体表面,不仅是狄拉克电子态本身,其集体激发也受到拓扑保护.充分发挥新型电子能量损失谱仪观测表面元激发分辨率高、动态范围大的优势,将有力地推动表面界面凝聚态物理问题研究的深入和发展.

溅射二氧化铈氧敏薄膜的XPS研究

本文用射频磁控溅射法制备了CeO2-x高温氧敏薄膜。利用X射线光电子能谱（XPS）研究了不同处理条件对CeO2-x薄膜电子组态的影响，特别是对表面的价态和吸附性质的影响。通过对Ce3dXPS谱的高斯拟合，计算了Ce3+浓度并给出了判定Ce4+还原的标志。研究结果表明，在空气中经1173K高温退火后可得到结晶完好的多晶CeO2薄膜，而薄膜的化学价态没有变化，退火前后薄膜表面总有少量Ce3+存在（15％）。退火后部分还原的CeO2表面具有极强的吸附和再氧化能力，还原程度越高，其再氧化的能力也越强。

纳米团簇晶体的制备和结构研究

利用表面调制“幻数团簇”的方法制备出Al、Ga和In的纳米团簇人造晶体。这种方法是用Si(111) 7× 7表面作为“模板”生长尺寸相同和分布有序的纳米团簇。通过扫描隧道显微镜 (STM )原位分析结合第一性原理计算确定了金属纳米团簇的原子结构以及这些结构的形成机理。我们的研究表明对生长动力学的精确控制是制备团簇晶体的关键所在。此外 ,这种方法并不局限于制备某一种金属团簇。人造纳米团簇具有高的热稳定性和独特的结构使它们有希望在实际中得到广泛的应用。

CeO_2/Nb_2O_5双层氧敏薄膜的制备及界面扩散研究

用射频 /直流磁控溅射法制备了CeO2 /Nb2 O5双层氧敏薄膜。利用X射线光电子能谱研究了真空原位加热对薄膜界面相互扩散的影响。结果表明 ,通过热扩散进入上层CeO2 薄膜的Nb2 O5,不仅达到了对上层薄膜进行微量掺杂的目的 ,而且能够促使CeO2 薄膜中的晶格氧大量脱附 ,使CeO2 更容易还原为Ce2 O3,而其自身的构型却未发生变化。

Ti/Al_2O_3界面的光电子能谱研究

用X射线光电子谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）研究了Ti／Al_2O_3界面形成的过程。研究表明，活性金属Ti在室温下能与衬底Al2O3（1102）形成约20nm强结合的界面区。从Al，O，Ti的光电子谱形状变化以及它们随着Ti覆盖度的增加而出现结合能位移表明，在界面处形成的反应层中，最初几个单层的Ti很容易被Al2O3表面的活性氧所氧化，从而使Ti／Al2O3界面逐步由具有更强相互作用的TiOx／Al2O3界面所代替，并形成由多相混合体［Ti-O相，（Ti，Al）2O3相以及金属Al相］所组成的界面区。就是说，Ti通过Al—O键的O2-离子转移其电子给Al3+并使它还原成金属Al，从而形成Ti－O键所致。本文用AES强度剖面分析观察到了这种被还原的Al。

金属薄膜表面化学反应活性中的量子尺寸效应

本文首先简要介绍了金属薄膜的量子尺寸效应及其对表面化学性质的影响,然后对Pb/Si体系量子尺寸效应的近期研究进行了综述,最后详细介绍了量子效应对表面化学反应活性的影响。扫描隧道显微镜观察表明:在Pb(111)单晶薄膜表面上的分子吸附和氧化反应随着薄膜厚度一个原子层一个原子层变化时会出现振荡现象。通过研究薄膜中量子阱态的形成、费米能级处电子态密度的变化与薄膜的表面反应活性之间的关系,我们从实验上直接定量地证明了量子尺寸效应对表面反应活性的调控作用。

银纳米团簇在HOPG表面上的控制生长

由于银与高定向热解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite,HOPG)表面间的相互作用很小,银在HOPG表面上的生长通常采取三维的Volmer Weber模式,得到空间分布不均匀的银团簇。本文分别采用加热氧化和氩离子轰击来改变HOPG衬底的表面结构,并用扫描隧道显微镜(STM)研究了银在它们上面的生长过程。实验结果表明:在氩离子轰击过的HOPG表面上,可以得到大小基本一致、空间分布均匀的银纳米团簇,实现了银团簇的控制生长。氩离子轰击导致了平整的HOPG表面产生缺陷,这些缺陷对银原子的扩散进行限制并成为优先成核中心,最终形成均匀的银纳米团簇。

用离子束辅助淀积多层薄膜技术合成Co－Si化合物薄膜的研究

本文通过离子束辅助淀积（ＩＢＡＤ）与真空淀积多层膜技术相结合，淀积合成Ｃｏ－Ｓｉ薄膜，ＲＢＳ和ＸＲＤ分析表明：在无离子束轰击条件下利用电子束蒸镀Ｃｏ／Ｓｉ多层膜，得到的是由α－Ｃｏ与非晶Ｓｉ组成的薄膜．薄膜与Ｓｉ（１１１）基底及多层膜各层之间没有明显的相互扩散，而用复合方法镀制的薄膜与Ｓｉ基底以及各层之间都产生了混合和扩散，并已有ＣＯ２Ｓｉ、ＣｏＳｉ相生成．７５０℃退火３０分钟后，无轰击样品只在硅基底与薄膜界面处产生明显的反应和扩散，而复合方法该制的样品则形成均匀的ＣｏＳｉ２薄膜。

用X射线光电子谱研究Pt和CeO_2间的相互作用

用X射线光电子谱研究了CeO2 和Pt间的相互作用 ,探讨了通过相互作用能提高CeO2 的氧化还原反应活性的机理 ,并与通常的金属和载体强相互作用的机理进行了比较。对高结合能端O 1s峰和表面O-离子的产生过程进行了讨论。

Si(5,5,12)——一个大元胞的稳定表面

利用常规的ＬＥＥＤ和高分辨率的ＳＰＡ－ＬＥＥＤ技术研究了标称（３３７）的Ｓｉ表面原子结构．经过反复的离子轰击（７００ｅＶＡｒ＋）和１３００Ｋ退火之后的这种表面形成稳定的（５，５，１２）晶面，即结构周期为（３３７）＋（２２５）＋（３３７）的有序的原子排列．这一事实说明：Ｓｉ（５，５，１２）是比Ｓｉ（３３７）更为稳定的晶面．ＬＥＥＤ和ＳＰＡ－ＬＥＥＤ图像证实，稳定的Ｓｉ（５，５，１２）表面为（２×１）原子再构，即沿［１１０］方向的周期是体内结构周期的两倍，而沿［６６５］方向的周期与体内结构周期相同．Ｓｉ（５，５，１２）－２×１表面的元胞面积为０．７６８×５．３４８ｎｍ２，这是至今所观察到的最大表面元胞之一．结合其它的实验结果，提出了一个Ｓｉ（５，５。

硅表面纳米银团簇的氧助迁移行为

采用原位扫描隧道显微镜研究了Si(111) 7× 7表面蒸镀纳米银团簇的迁移行为以及氧气氛的促进作用 .在覆盖度较低的情况下 ,蒸镀的银原子在Si(111) 7× 7表面形成具有规整三角形结构单元的有序银团簇 ,它们主要占据在Si(111) 7× 7表面有位错的半单胞内 .在氧的存在下 ,形成的结构单元在硅表面发生迁移 ,并逐渐团聚成无明显结构特征的大粒子 .原位观察结果表明 ,在连续扫描过程中 ,团聚后的大粒子在氧覆盖的硅表面也会发生迁移 ,最后稳定在硅表面原子氧吸附位周围 .进一步的观察发现 ,硅表面银团簇的存在对随后氧的吸附状态具有明显的影响 .这些结果为解释纳米银团簇在SiO2

低压气相合成金刚石的机理研究新进展

本文第1部分评述了低压气相合成金刚石的进展。第2部分介绍了用表面分析方法和HREM对金刚石(111)和(100)面的生长机理,原子氢和氧对金刚石生长本身的影响,亚稳态条件下金刚石的晶形显露规律,硅衬底上的形核机理和初期生长规律进行研究所取得的重要进展。

量子阱态光电子谱研究的理论模型

近年来,光电子谱被广泛应用于薄膜中量子阱态的研究。为解释薄膜中分立的量子阱态和薄膜的光电子谱间的关系,发展了一些理论模型。介绍了近自由电子模型、相位积累模型和电子干涉模型等关于薄膜中量子阱态的理论模型,并用它们解释了量子阱态在光电子谱中峰位和线宽。线宽由准粒子寿命的倒数,以及电子在表面和界面反射系数的和R决定,电子波矢k以及电子在表面和界面相位移之和Φ决定了峰的位置。

低温生长AlGaAs／GaAs多量子阱中的超快过程研究

半导体材料无论在应用领域，还是在基础研究中都有重要的意义，对其中超快过程的研究近年来已成为研究的热点之一．低温生长的AlGaAs／GaAs多量子阱材料具有超短的非平衡载流子复合寿命，广泛应用于超快光学元件中．我们利用飞秒激光泵浦一探测技术对其中的超快过程进行了研究。

二元化合物内聚能的线性化缀加平面波能带方法的计算研究(英文)

采用线性化缀加平面波能带方法 ,研究了典型二元化合物NiAl,SiC ,GaAs,MgS和NaCl的晶体总能和内聚能 ,着重考查了二元素Muffin tin半径的选取对各晶体总能和内聚能的影响。计算结果表明 ,对NiAl合金 ,Muffin tin半径的变动几乎不改变其晶体总能 ;组元原子的共价键半径可以作为共价键晶体如SiC和GaAs的Muffin tin半径 ;但是 ,元素的离子半径不适合于作为具有较强离子键合的离子性晶体如MgS和 NaCl的Muffin tin半径 ,因为这时阳离子有较多的芯电子溢出Muffin tin球。通过选取适当的Muffin tin半径 ,对如上化合物计算得到的内聚能与实验结果符合。

近表面辉光放电促进金刚石在镜面抛光硅表面的形核

近表面辉光放电实现了在镜面抛光硅表面的高密度形核。形核时间可以缩短到3min;形核密度可达>10^(10)/cm^2。用原子力显微镜观察近表面辉光放电法和负偏压法处理的基片表面形貌,观察结果表明近表面辉光放电法极大地避免了正、负离子轰击造成样品表面的破坏。放电产生的高密度原子氢和碳氢化合物活性粒子是这种方法高密度形核的关键因素。