RHEED反射高能电子衍射对砷化镓的实时监测
反射高能电子衍射系统（RHEED）
反射高能电子衍射系统（RHEED）
佚名
【期刊名称】《物理》
【年(卷),期】2007(36)6
【摘要】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．
【总页数】1页(P497-497)
【关键词】反射高能电子衍射系统;衍射图像;构造分析;成长过程;小角度;膜厚度;表面
【正文语种】中文
【中图分类】O484
【相关文献】
1.MBE系统中GaAs样品的RHEED分析 [J], 黄旭;潘金福;王云;周勋;丁召
2.反射高能电子衍射系统（RHEED） [J],
3.具有RHEED在线监控功能的超高真空CVD系统及3＂硅片低温外延研究 [J], 叶志镇;曹青;张侃;赵炳辉;李剑光;阙端麟;谢琪;雷震霖
4.反射高能电子衍射法（RHEED） [J],
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反射高能电子衍射仪安全操作及保养规程
反射高能电子衍射仪安全操作及保养规程反射高能电子衍射仪（Reflectron High-Energy Electron Diffraction，RHEED）是一种常用于表面研究的表征手段。
由于仪器中存在高压电压和辐射，操作不当可能会对人身安全和仪器性能造成损害。
因此，本文介绍RHEED的安全操作及保养规程，以确保仪器的正常使用和使用者的人身安全。
1. 仪器结构及原理介绍RHEED仪器由电子枪、样品台、荧光屏、散射器、真空系统等组成。
其原理是通过向被研究样品表面发射电子束，并观察散射电子所形成的衍射图案来研究表面结构。
一般来说，操作者需要对样品的位置和朝向、电子束的缩放和聚焦、荧光屏的对准等参数进行调控，才能获得理想的衍射图案。
2. 安全操作规程2.1. 使用前准备操作人员必须已经接受正式的操作培训，并经过相关考核，操作前必须按照实验室安全标准穿戴防护用品，包括但不限于实验服、手套、安全鞋等。
2.2. 仪器开机前准备开机前确认仪器与真空系统处于正常状态，所有调节螺钉之前都必须松开，保持荧光屏干燥，并确保观察荧光屏前的安全距离。
2.3. 开机及操作启动电源后，打开控制软件后放开闸门等，仪器自动开始预热。
在样品上涂抹硅油，在荧光屏捕获图案时，对电子束的聚焦和电流进行调节，直至得到理想的衍射图案。
操作人员务必保持专注、冷静、小心地进行操作，并不断地关注衍射图案的变化。
在操作过程中，禁止违反实验室安全规定，除了必须操作人员外，其他人员不得靠近仪器。
2.4. 关机关闭仪器前，先松开所有的螺钉，降低电子注电流到零，关闭电子枪高压电源，并切断所有的电源。
如果需要立即重启仪器，请等待足够的冷却时间。
3. 保养规程3.1. 日常保养常规清理除尘，荧光屏保持干燥清洁，避免出现划痕，对散射镜片和检测器进行必要的维护和保养。
3.2. 定期维护每隔三个月左右进行真空泵的清洗与更换，以保证预漏率低。
针对仪器可能出现的故障，要定期请专业售后人员进行检修。
碳化硅外延mbe法
碳化硅外延mbe法碳化硅外延MBE法引言碳化硅外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）是一种用于制备碳化硅（SiC）材料的技术方法。
碳化硅是一种具有优良物理和化学性质的宽禁带半导体材料，被广泛应用于高温、高频和高功率电子器件领域。
本文将重点介绍碳化硅外延MBE法的原理、步骤和应用。
一、碳化硅外延MBE法的原理碳化硅外延MBE法是一种分子束外延技术，其原理基于分子束在晶格表面的沉积和生长。
该方法通过在真空条件下，将分子束蒸发源处的原料加热至高温，使原料分子获得足够的热能，然后经过准直装置形成的分子束瞄准晶格表面。
分子束中的原料分子在晶格表面附着并扩散，最终形成具有高质量结晶的碳化硅薄膜。
二、碳化硅外延MBE法的步骤碳化硅外延MBE法一般包括以下步骤：1. 准备基片：选择适当的基片材料，并进行表面处理，以提高薄膜的生长质量和结晶度。
2. 真空系统：建立真空系统，确保反应室内的气压低于10^-7 torr，以避免气体分子对生长过程的干扰。
3. 加热源：选择合适的加热源，如电阻加热器或电子束加热器，将原料加热至所需温度。
4. 分子束准直装置：使用准直装置对分子束进行准直，以提高分子束的定向性和一致性。
5. 分子束瞄准：将准直后的分子束瞄准到基片表面，并调节功率和角度，以控制薄膜的生长速率和厚度。
6. 生长过程监测：通过反射高能电子衍射（Reflection High Energy Electron Diffraction，RHEED）等技术实时监测薄膜的生长过程，以获得高质量的碳化硅薄膜。
7. 结束生长：在达到所需薄膜厚度后，停止原料的供应，使生长过程结束。
8. 冷却：将生长后的样品缓慢冷却至室温，以避免薄膜的热应力和结构损伤。
三、碳化硅外延MBE法的应用碳化硅外延MBE法在半导体器件领域具有广泛的应用前景，主要表现在以下几个方面：1. 高功率器件：碳化硅具有优异的热稳定性和高击穿场强，可用于制备高功率电子器件，如功率放大器和开关器件。
3薄膜的制备2蒸镀
2）蒸气的方向性
物质在蒸发的过程中，蒸发原子的运动具有明显 的方向性。它对于薄膜的均匀性有显著的影响。
点蒸发源
dM s dAs
M e cos 4 r2
Me—蒸发出来的物质总量
dAs---衬底面积元
螺线形蒸发源------舟形蒸发源
ii、电子束加热：
原理图：
通过改变电子束功率，和电 子束的聚焦，可以控制加热 温度。通过改变电场，磁场 使电子束扫描薄膜材料。
优点：由于电子束只加热薄膜 材料中很小的局部，薄膜材料 的大部分在坩埚中处于低温状 态，隔绝了薄膜材料熔融部分 与坩埚的接触，避免了坩埚材 料的污染；蒸发温度也不受坩 埚材料熔点的限制。
Φ—dAs与蒸发源平面法线 间的夹角
r—蒸发源于衬底间的距离
3）蒸发源---蒸发材料的加热装置
蒸镀的装置—真空室+加热装置（蒸发源）+衬底 蒸发源—电阻加热；电子束加热；高频感应加热
i、电阻加热
把片状或线状高熔点金属
（钨、钼、钛、钽）做成适当形状的蒸发源,装上蒸镀
材料，通电流加热蒸镀材料，使其蒸发。
8、MBE设备的超高真空环境为各类表面分析 方法提供了研究生长过程的条件；
反射式高能电子衍射仪（RHEED）
1983年Neave，Van Hove 首次在MBE外延生长过程 中观察到高能电子衍射镜面 反射电子束强度的衰减振荡， 此振荡周期严格的对应一个 单原子层的生长。
镜面反射 漫反射
元素的蒸气压
由于附着在蒸发源、银上的气体放出使真空度降低。（除 气）为了减小银的损耗，经过适当时间后，减小蒸发源电 流，使蒸发量减小到膜厚计测量的灵敏度之下，直到真空 度恢复。
球差校正透射电镜技术探究SrTiO3
第 62 卷第 5 期2023 年9 月Vol.62 No.5Sept.2023中山大学学报（自然科学版）（中英文）ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI球差校正透射电镜技术探究SrTiO3/SrTiO3 同质薄膜导电起源*宋海利1，黄荣21. 中山大学化学学院/生物无机与合成化学教育部重点实验室，广东广州 5100062. 华东师范大学物理与电子科学学院 / 极化材料与器件教育部重点实验室，上海 200062摘要：通过脉冲激光沉积方法沿着SrTiO3 衬底（001）方向生长了SrTiO3/SrTiO3（001）同质外延薄膜，薄膜退火前为导电状态，在氧气气氛中退火后变为绝缘态。
运用环形高角暗场像、环形明场像和能量损失谱等多种先进的球差校正透射电镜技术，从原子尺度分析薄膜表面和界面处的原子占位、电子结构以及氧空位等。
研究发现，退火前薄膜表面存在TiOx（1<x<2）重构层，退火后重构层仍然存在，但Ti的价态有所升高。
同时，通过原子分辨率的能量损失谱分析对比了退火前后Ti和O的价态变化，发现：退火前薄膜表面和界面附近存在氧空位，薄膜表面的氧空位更多，退火后氧空位消失。
因此，对于SrTiO3/SrTiO3同质薄膜来说，薄膜导电的起源主要为薄膜表面和界面附近氧空位的共同作用。
关键词：钙钛矿氧化物；球差校正透射电镜；电子能量损失谱；氧空位中图分类号：O73；O766 文献标志码：A 文章编号：2097 - 0137（2023）05 - 0101 - 06Exploring the conductive origin of SrTiO3/ SrTiO3homogeneous films byspherical aberration-corrected transmission electron microscopySONG Haili1， HUANG Rong21. School of Chemistry， Sun Yat-sen University/Key Laboratory of Bioinorganic and SyntheticChemistry of Ministry of Education， Guangzhou 510006， China2. School of Physics and Electronic Science， East China Normal University / Key Laboratory of PolarMaterials and Devices， Ministry of Education，Shanghai 200062， ChinaAbstract：A SrTiO3 /SrTiO3homogeneous epitaxial film was grown along the SrTiO3substrate （001）by PLD method. The film was conductive before annealing， and became insulating states after anneal‐ing. A variety of advanced spherical aberration-corrected transmission microscopy techniques like annu‐lar high-angle darkfield image，annular brightfield image and atomic-resolution energy loss spectro‐scope （EELS） was used to explore the atomic occupancy， electronic structure and oxygen vacancies in the film. A TiOx (1<x<2) reconstruction layer was found on the surface of the film. And the valence state of Ti in the reconstruction layer increases slightly after annealing. According to EELS analysis，oxygen vacancies existed in the whole film including the surface and interface before annealing， anddisappeared after annealing. Therefore， for non-polar films SrTiO3/SrTiO3， oxygen vacancies near thefilm surface and interface maybe the origin of electrical conduction.Key words：perovskite oxides； spherical aberration-corrected transmission electron microscope；energy loss spectroscope； oxygen vacancyDOI：10.13471/ki.acta.snus.2023B021*收稿日期：2023 − 05 − 10 录用日期：2023 − 05 − 23 网络首发日期：2023 − 06 − 30基金项目：广东省基础与应用基础研究基金（2020A1515110178）作者简介：宋海利（1989年生），女；研究方向：功能纳米材料微结构；E-mail：*****************第 62 卷中山大学学报（自然科学版）（中英文）2004年，Ohtomo 和Hwang （2004）在（100）面的SrTiO 3（STO）衬底上外延生长出高质量LaAlO 3（LAO ）薄膜，并发现在n 型界面（LaO ）+/（TiO 2）0处形成了高迁移率的二维电子气（2DEG ，two-dimen ‐sional electron gas ）。
在RHEED实时监控下GaAs晶体生长研究
导体光 电器件 上有 着 广 泛 的用 途 。Ｇａ Ａｓ的 制 备有 多 种 方法 ， 多研 究 小 组 利 用 金 属 有 机 化 学 气 相 淀 积 很
降温到 ４ ０ 热 偶 读数 约 为 ３ ０ ） 个 过 程 ， 长完 ５ ℃（ ５℃ ７ 生 成 后对样 品进 行 了 Ｅ Ｓ谱 图分 析 。 Ｄ
率约 为 １ ０ ｍ／ ） ５ ０ ． ｕ ｈ 、 ０ ℃再 退 火 ｌ 、 ８ ℃ （ ｈ ５ ０ 热偶 读 数
约为 ４ ０ ） 长 ｌ （ ９℃ 生 ｈ Ｇａ源 温度 升 高 到 ９ ０ ， ， ５ ℃ ＡｓＧａ
束 流 比为 ８ ， 长速 率约 为 １ ０ ｍ／ ） ５ ０ Ｏ生 ． ｕ ｈ 、８ ℃退火 ２ 、 ｈ
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２１ 年 ４ ４） ００ 第 期（ 卷 １
在 ＲＨＥ Ｄ 实 时 监 控 下 Ｇａ Ｅ Ａｓ晶 体 生 长 研 究
罗子 江 ， 周 勋 。 杨 再 荣 贺 业全 何 浩 邓 朝 勇 丁 召 ， ， ， ， ，
（． １ 贵州大 学 理学 院 ， 贵州 贵 阳 ５ ０ ２ ；． 州财 经学 院 教 育管理 学 院 ， ５０ ５２贵 贵州 贵 阳 ５ ０ ０ ； ５ ０ ４
５ ０ 热偶 读数 约为 ４ ０ 退 火 １ ５ 、０ ℃生长 ２ ０ ℃（ ０ ℃） ． ｈ ５０ ｈ
（ 源 温 度 升 高 到 ９ ０ ， ， ａ束 流 比为 ８ ， 长 速 Ｇａ ５ ℃ Ａｓ Ｇ ０生
ＭＯ ＶＤ） ３脉 冲激 光 沉 积 （ ｕｓｄ ｌ ｅ ｅ ｏ ｉｏ ， ｃ ［、 １ ｐ ｌ ａ ｒｄ ｐ ｓｔ ｎ ｅ ｓ ｉ Ｐ Ｄ） ３ 水平 布 里 奇 曼 （ ｏ ｉ ｎａ Ｂ ｉｇ ｎ ＨＢ 【 Ｌ ［、 ２ ｈ ｒ ｏ ｔｌ ｒ ｍａ ， ） ｚ ｄ 以及 分子束 外延 （ ｌｃ ｌｒ ｅｍ ｐｔｘ ， ｍｏｅｕａ ａ ｅ ｉ ｙ ＭＢ ［ 制 ｂ ａ Ｅ） 们
分子束外延InAs量子点的RHEED实时原位分析
M icronanoelect ronic Technology Vol.45No.8 A ugust 2008分子束外延InAs 量子点的RHEED 实时原位分析李美成,王 禄,熊 敏,刘景民,赵连城(哈尔滨工业大学电力部信息功能材料与器件研究所,哈尔滨 150001)摘要:介绍了利用反射式高能电子衍射(R H EED )方法在自组装InAs 量子点制备过程中进行结构分析的理论研究与实验工作的最新进展。
从反射式高能电子衍射在InAs 量子点临界转变状态测定、量子点表面取向、量子点应力分布测定、量子点形核长大动力学过程研究等方面的应用,可以看出R H EED 在InAs 量子点形成过程中对多种结构特征的原位分析具有突出优势。
反射式高能电子衍射仪作为分子束外延系统中的标准配置,已成为一种对InAs 量子点微观结构进行分析的简易而理想的分析测试工具。
随着反射式高能电子衍射以及衍射理论的进一步发展,必将促进InAs 量子点结构的精确表征水平的提高,进而实现更加理想结构的InAs 量子点的制备及其应用。
关键词:分子束外延;InAs 量子点;反射式高能电子衍射;实时原位;微结构分析中图分类号:TN 405.984;O 471.1 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2008)08-0470-06In 2Situ Diagnosis of InAs Q u antum Dots F abricated by MBE Using RHEEDLi Meicheng ,Wang L u ,Xiong Min ,Liu Jingmin ,Zhao Liancheng(I nstitute of I nf ormation Functional M aterials and Devices ,Elect ric Power Division ,H arbin I nstitute of Technolog y ,H arbin 150001,China )Abstract :The t heoretical analysis and recent p rogress using reflection high 2energy elect ron dif 2fractio n (R H EED )in diagnosis of self 2assembled InAs quant um dot s are presented.From R H EED for t he applications which include t he determination of t he critical t ransition ,quant um dot facet orientation and quant um dot st rain dist ribution ,t he st udy on t he dynamic p rocess for qut ume dot nucleation and growt h and so on ,it can be seen t hat t he reflection high 2energy elec 2t ron diff raction is a rat her simple but ideal equip ment in t he real time microst ruct ure analysis tool of InAs quant um dot s wit h t he standard co nfiguration used in MB E.Moreover ,t hrough f urt her imp rovement of t he equip ment performance and employment of dynamic diff raction t heory in R H EED ,t he ability of R H EED to characterize quant um dot st ruct ure will be promoted ,and t he fabrication and applications of better InAs quant um dot s can be realized finally.K ey w ords :MB E (molecular beam epitaxy );InAs QDs (quant um dot s );R H EED (reflection high 2energy elect ron diffraction );in 2sit u ;micro st ruct ure diagnosis EEACC :0590;0520X ;2530C收稿日期:2008-05-08E 2m ail :meicheng @074显微、测量、微细加工技术与设备 Microscope ,Measurement ,Microfabrication &Equip ment0 引 言利用自组装方法制备的半导体量子点因其在量子点激光器[1-2]、量子点探测器[3-4]等光电领域的重要应用,已经成为当前微纳电子领域的研究热点之一。
超宽禁带半导体氧化镓材料的产业进展及未来展望
超宽禁带半导体氧化镓材料的产业进展及未来展望1 前言从2020年开始，日本经济产业省（METI）大力支持“氧化镓（Ga2O3）”半导体材料发展，计划2025年前为私营企业和大学提供共约1亿美元财政资金，意图占领下一代功率半导体产业发展的制高点。
以Novel Crystal Technology和Flosfia为代表的初创企业，正在联合田村制作所、三菱电机、日本电装和富士电机等科技巨头，以及东京农工大学、京都大学和日本国家信息与通信研究院等科研机构，推动Ga2O3单晶及衬底材料以及下游功率器件的产业化，日本政产学研投各界已开始全面布局超宽禁带半导体——氧化镓材料。
与此同时，全球半导体产业中具有全面领先优势的美国，正在从前沿军事技术布局的角度大力发展Ga2O3材料及功率器件。
美国空军研究实验室、美国海军实验室和美国宇航局，积极寻求与美国高校和全球企业合作，开发耐更高电压、尺寸更小、更耐辐照的Ga2O3功率器件。
不仅日、美正在布局，德国莱布尼茨晶体生長研究所、法国圣戈班以及中国电子科技集团等全球企业/科研机构也加入了Ga2O3材料及器件研发的浪潮中，这种半导体材料可谓是吸引了世界的广泛关注。
为何氧化镓半导体能够吸引全球各界的目光？其在未来半导体产业中将会有什么样的前景？本文简述了半导体材料的发展历程、氧化镓半导体的特点及优势，以及氧化镓的制备技术、研发与产业化进展，最后对氧化镓半导体产业发展的未来进行了展望。
2 半导体材料发展历程自20世纪50年代开始，半导体行业得到了高速的发展，半导体材料也发展到了第3代。
第1代半导体材料是以硅（Si）和锗（Ge）为代表，其中Si具有很好的机械加工性能和热性能，在自然界中储量丰富、价格低廉，目前可以制备高纯度大尺寸的单晶，因此极大推动了微电子行业的发展，其在半导体产业中具有不可替代的地位。
随着半导体科技的发展，对器件性能、尺寸和能耗的要求越来越高，硅材料也渐渐暴露了其缺点，尤其是在高频、高功率器件和光电子方面的应用局限性。
半导体GaAs太阳能电池制备
半导体GaAs太阳能电池制备一：GaAs材料简介1：GaAs材料做太阳能电池的优势：GaAs材料有良好的吸收系数，在波长0.85μm一下，GaAs的光吸收系数急剧升高，达到104 cm-1以上，比硅材料要高一个数量级，而这正是太阳光谱中最强的部分。
因此，对于GaAs太阳能电池而言，只要厚度达到3μm，就可以吸收太阳光谱中约95％的能量。
GaAs太阳能电池的抗辐射能力强，有研究指出，经过1×1015cm-2的1MeV的高能电子辐射，高效空间硅太阳能嗲吃的效率降低为原来的66％，而GaAs太阳能电池的效率仍保持在75％以上。
显然，GaAs太阳能电池在辐射强度大的空间飞行器上有更明显的优势。
2：GaAs材料的能带结构：图1.11GaAs的能带结构由图1.1可以看出，它的导带的极小值位于K=0处，等能面是球型等能面。
导带底电子有效质量是各向同性的。
3：GaAs材料具有负阻特性。
这是因为，GaAs的[100]方向上具有双能谷能带结构，除K=0处导带有极小值外，在[100]方向边缘上存在另一个比中心极小值仅高0.36eV的导带极小值，因此电子可处于主，次两个能谷。
在室温下，主能谷的电子很难跃迁到次能谷中去，因为室温时电子的平均热能约为0.026eV。
但电子在主能谷中有效质量较小，迁移率大，而在次能谷中有效质量大，迁移率小，且次能谷中的状态密度又比主能谷大。
一旦外电场超过一定的阈值，电子就能由迁移率大的主能谷转移到迁移率小的次能谷，从而出现电场增大，电流减小的负阻现象。
【1】4：GaAs材料特征。
GaAs材料在室温下呈暗灰色，有金属光泽，较硬，性脆，相对分子质量为144.64；在空气或水蒸气中能稳定存在；但在空气中，高温600 度时可以发生氧化反应，高温800度以上可以产生化学离解，常温下化学性质也很稳定，不溶于盐酸，但溶于硝酸和王水。
【2】和其他三五族化合物半导体能带结构的一些共同特征。
因为闪锌矿和金刚石型结构类似，所以第一布里渊区也是截角八面体的形式。
退火时间对6H-SiC_0001_表面外延石墨烯形貌和结构的影响
退火时间对6H-SiC(0001)表面外延石墨烯形貌和结构的影响 唐军1刘忠良1康朝阳1阎文胜1徐彭寿1∗高玉强2徐现刚2（1中国科学技术大学国家同步辐射实验室，合肥 230029；2山东大学晶体材料国家重点实验室，济南250100）摘要：在分子束外延（MBE）设备中，采用高温退火的方法在6H-SiC表面外延石墨烯，并研究了退火时间对外延石墨烯形貌和结构的影响。
利用反射式高能电子衍射（RHEED）、原子力显微镜（AFM）、激光拉曼光谱（Raman）和近边X射线吸收精细结构（NEXAFS）等实验技术对制备的样品进行了表征。
RHEED结果发现，不同退火时间的样品在SiC衍射条纹的外侧都出现了石墨烯的衍射条纹； AFM测试表明，外延石墨烯的厚度随退火时间增加而增大，外延层厚度增大使样品表面更加平整且孔洞减少。
Raman测试表明，外延石墨烯拉曼谱中2D峰和G峰的位置相对高定向热解石墨（HOPG）中2D峰和G峰的位置蓝移，且退火时间增加，峰的蓝移量减小。
对样品中C的K边NEXAFS谱测量显示，样品中存在sp2杂化的C原子，退火时间的增加使1s→π以及1s→σ吸收的强度增大，且1s电子到π态的吸收峰相对HOPG向高能偏移。
关键字：石墨烯； 6H-SiC；退火时间中图分类号：0484；0649；TN304Annealing Time Dependent Morphology and Structural Changes of Epitaxial Graphene on 6H-SiC(0001) Surfaces TANG Jun1 LIU Zhong-Liang1 KANG Chao-Yang1 YAN Wen-Sheng1 XU Peng-Shou1∗ GAO Yu-Qiang2 XU Xian-Gang2(1 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science & Technology of China, Hefei 230029, P. R. China；2 State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan 250100, P. R. China）Abstract：The epitaxial graphene layers were successfully grown on Si-terminated 6H-SiC (0001) substrates by thermal annealing in ultrahigh vacuum molecular beam epitaxy (MBE) chamber. The morphology and structure of the samples annealed in different time were characterized by reflection high energy diffraction (RHEED), Raman spectrum, atomic force∗ Corresponding author. Email: psxu@；Tel/Fax: +86551-3602037国家自然科学基金（50872128，50802053）资助项目microscope (AFM) and near edge X-ray absorption fine structure (XENAFS). The graphene diffraction steaks could be found in RHEED for all samples. The AFM results showed that as the annealing time extended, the thickness of the graphene layers increased and the surface morphology appeared smoother. The Raman results showed the G peak and 2D peak of graphene were obviously blushift compared with that of highly-oriented pyrolytic graphite (HOPG). When the annealing time increased, the amount of blueshift decreased. The C K-edge NEXAFS results revealed that the intensity of resonate absorption peaks of 1s→π and 1s→σ for sp2 hybridized C atoms increased, while the samples was annealed for longer time. The 1s→π peaks of the samples moved to higher energy compared with that of HOPG.Key Words: graphene; 6H-SiC; annealing time石墨烯（graphene）是一种由碳原子紧密堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构的新材料[1]。
从RHEED图像间距分析外延GaN基薄膜表面晶格演变
从 RHEED 图像间距分析外延 G aN 基薄膜表面晶格演变郎佳红1 ,秦福文2 ,顾 彪2( 1 安 徽 工 业 大 学 电 气 信 息 学 院 安徽马鞍山 243000) ( 2 大连理工大学三束材料改性国家重点试验室 辽宁大 连 116024)摘 要 :通过简单叙述作为外延薄膜进行原位监测的一个重要手段的反射高能电子衍射 ( RHEED) 以及 RH EED 图像的条纹或点阵与 G aN 基薄膜表面形貌的关系 ,提出了基于 RHEED 图像分析外延 G aN 基薄膜晶体结构演变情况 , 并从衬底α- A l 2O 3 的氢氮等离子体清洗 、氮化 、生长缓冲层以及生长外延层进行具体的分析 、比较和演算 。
关键词 :蓝宝石 ;清洗 ;氮化 ; R HEED ; G aN中图分类号 :O7221 + 7 文献标识码 :A 文章编号 :1672 - 9994 (2006) 02 - 0038 - 05 反射高能电子衍射 RHEE D ( R eflect High Ener 2 gy E lectron Di ffracti on ) 是近年来随着 MB E 的发展而 发展起来的 , 它是研究样品的表面结构的有效方 法 ,也是当今表面科学和原子级的人工合成材料工 程中的强有力的原位分析与监控的手段 。
特别是 在分子束 (MB E ) 外延技术中 ,利用 RHEE D 进行原 位监测是一个重要手段 。
人们一般是利用高分辨的 XR D 来研究晶格驰豫过程的 1 ,2。
虽然 RHEE D 条纹间距可以表征外延表面的应变情况 3 ,4 ,但是 采用 RHEE D 来分析外延表面应变状态的文章很 少 。
本实验 是 在 装 备 了 RHEE D ( 见 图 1 所 示) 的ECR - PE MOC VD 5装置上进行的 。
该装置采用的ECR 等离子体源能产生具有高能电子 (5～20eV ) 、 低能离子 ( < 2eV ) 的大面积均匀非磁化等离子体 ,特别适合于半导体薄膜的低温生长 。
分子束外延生长过程中GaAs(001)表面铝液滴的扩散成核过程
第５０卷第２期２０２１年２月人 工 晶 体 学 报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＹＮＴＨＥＴＩＣＣＲＹＳＴＡＬＳＶｏｌ．５０ Ｎｏ．２Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０２１分子束外延生长过程中ＧａＡｓ（００１）表面铝液滴的扩散成核过程蒋 冲１，２，３，王 一１，２，３，丁 召１，２，３，黄延彬１，２，３，罗子江２，３，４，李志宏１，２，３，李耳士１，２，３，郭 祥１，２，３（１．贵州大学大数据与信息工程学院，贵阳 ５５００２５；２．贵州省微纳电子与软件技术重点实验室，贵阳 ５５００２５；３．半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心，贵阳 ５５００２５；４．贵州财经大学信息学院，贵阳 ５５００２５）摘要：量子点的性质主要由其密度及尺寸参数控制，而原子在衬底上的成核运动又决定了量子点的密度、直径、高度等参数，因此研究原子的扩散成核过程对自组装制备量子点具有重要意义。
本文通过分子束外延生长技术研究了ＧａＡｓ（００１）表面金属铝液滴的成核过程，发现衬底温度和金属铝沉积速率的变化直接影响了液滴的尺寸、密度以及形状等特征。
根据经典成核理论分析ＧａＡｓ（００１）表面金属铝液滴空间分布与几何结构的演化规律，推导得出表面金属铝液滴密度与衬底温度、金属铝沉积速率的关系方程。
在此基础上，进一步计算得出液滴形成过程中未成核态、临界成核态、成核态三种亚稳态所包含的最小原子数分别为１个、２个、５个。
关键词：成核生长；团簇的扩散动力学；Ⅲ Ⅴ族半导体；分子束外延；衬底温度；沉积速率；铝液滴中图分类号：Ｏ４７１．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００ ９８５Ｘ（２０２１）０２ ０２８３ ０７ＤｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄＮｕｃｌｅａｔｉｏｎｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍＤｒｏｐｌｅｔｏｎＧａＡｓ（００１）ＳｕｒｆａｃｅｄｕｒｉｎｇＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙＧｒｏｗｔｈＪＩＡＮＧＣｈｏｎｇ１，２，３，ＷＡＮＧＹｉ１，２，３，ＤＩＮＧＺｈａｏ１，２，３，ＨＵＡＮＧＹａｎｂｉｎ１，２，３，ＬＵＯＺｉｊｉａｎｇ２，３，４，ＬＩＺｈｉｈｏｎｇ１，２，３，ＬＩＥｒｓｈｉ１，２，３，ＧＵＯＸｉａｎｇ１，２，３（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｇＤａｔａａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏ Ｎａｎｏ ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｏｆＧｕｉｚｈｏｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ；３．ＰｏｗｅｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｉｃｅＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＣｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＧｕｉｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｉｎａｎｃｅａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｇｕｉｙａｎｇ５５００２５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓａｒｅｍａｉｎｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｔｈｅｉｒｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｓｉｚｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｍｏｔｉｏｎｏｆａｔｏｍｓｏｎｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙ，ｄｉａｍｅｔｅｒ，ｈｅｉｇｈｔａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｔｏｍｓｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｓｅｌｆ ａｓｓｅｍｂｌｙｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ．ＡｓｔｕｄｙｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｄｒｏｐｌｅｔｓｏｎＧａＡｓ（００１）ｓｕｒｆａｃｅｄｕｒｉｎｇｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍｅｐｉｔａｘｉａｌｇｒｏｗｔｈ，ｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｔｈｅｆｉｎｄｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｉｎｔｈｅｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｃｌｕｄｅｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒａｔｅｗｈｅｎｏｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｕｎｃｈａｎｇｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｌａｓｓｉｃａｌｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｕｍｉｎｕｍｄｒｏｐｌｅｔｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＧａＡｓ（００１）ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｔａｌａｌｕｍｉｎｕｍｄｒｏｐｌｅｔｄｅｎｓｉｔｙｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｍｅｔａｌａｌｕｍｉｎｕｍｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒａｔｅｗａｓｄｅｄｕｃｅｄ．Ｉｎｔｈｅｍｅａｎｔｉｍｅ，ｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍａｔｏｍｉｃｎｕｍｂｅｒｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔａｔｅｓｏｆｔｈｅｅｘｔｒｅｍｅｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔａｔｅ，ｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｌｙｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔａｔｅａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔａｔｅａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｏｂｅ１，２ａｎｄ５，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｗｔｈ；ｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｃｌｕｓｔｅｒ；ＩＩＩ Ｖｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｍｅｐｉｔａｘｙ；ｓｕｂｓｔｒａｔｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｒａｔｅ；ａｌｕｍｉｎｕｍｄｒｏｐｌｅｔ 收稿日期：２０２０ １２ ０３ 基金项目：国家自然科学基金（６１５６４００２，１１６６４００５）；贵州省科技计划（黔科合基础［２０１７］１０５５）；半导体功率器件可靠性教育部研究中心开放基金（ＥＲＣＭＥ ＫＦＪＪ２０１９ （０７）） 作者简介：蒋 冲（１９９４—），男，四川省人，硕士研究生。
RHEED反射高能电子衍射对砷化镓的实时监测
在图3的RHEED图像中各个方向上雨滴状椭圆斑点的 出现表明,随着生长的不断进行,表面开始出现平整的趋 势。
在500℃退火1.5h的RHEED图像(图4)中,斑点的 拉长趋势明显,隐约看见在同一竖直方向上的 斑点有拉长变细变小甚至连接的趋势。衍射斑 点拉长变细变小是由于在退火过程中,表面原 子获得一定能量不断在表面运动,使得表面逐 渐趋于平整。
二、砷化镓的RHEED图样分析
利用RHEED图像可研究GaAs表面重构方式 和生长机制。报道了一种新型的分子束外 延 方 法 , 在 RHEED 实 时 监 控 下 , 利 用 GaAs(001)基片同质外延GaAs。通过改变生 长和退火的时间与温度(420、500、580℃), 结合RHEED图像演变与GaAs表面平整度( 粗糙化)的联系,得到表面原子级平整的 GaAs样品。
Байду номын сангаас
在420℃生长30s的RHEED 图中,观察到原来的衍射 斑点加条纹渐渐成网格 状衍射斑点 (图1),斑点 周围还出现了卫星小斑 点,它很可能是粘接样品 的少量的 In与As 反应生 成极少量的InAs,这与文 献 中 关 于 InAs 量 子 点 的 RHEED衍射斑点相似。继 续生长 60s以后, 极少量 的 InAs 在 大 量 的 GaAs 的 覆盖下已经很难发现,从 而使得卫星小斑点逐渐 消失
总结：
2. 在 RHEED 的 实 时 监 控 下 , 利 用 GaAs(001) 基 片 同 质 外 延
GaAs。通过改变生长和退火的时间与温度,结合RHEED图 像的演变与GaAs表面平整度的联系,得到表面原子级平整、 高纯度的GaAs晶体。基片完成脱氧预处理以后从低温420℃ 生长开始,通过不同温度(420、500、580℃)的再生长、多次 退火,得到在不同时间段内的衍射图像。图像从开始的完全 网格状斑点、椭圆状斑点、拉长连接形成细线,随后出现条 纹化趋势到逐渐条纹化直至完全条纹化。在580℃得到的图 像中,通过完全条纹化的衍射图像可以确定样品表面已经呈 原子级平整,并且能够清晰观察到并分辨出[110]方向的2×结 构、[100]方向1×结构、[110]方向4×结构的衍射图像,GaAs 表面呈(2×4)重构。降温到450℃后得到具有C(4×4)表面重 构的GaAs。
基于RHEED图像外延GaN基薄膜表面晶格演变分析
文章编号 ：６ １７ ７ （０ ７ ０ — ０ ７ ０ １７— ８ ２ ２０ ）１ ０ ６ — ５
基于 Ｒ Ｅ Ｄ图像外延 Ｇ Ｎ基薄膜表面晶格演变分析 ＨＥ ａ
郎佳 红 ’秦福 文 顾 ， ，
宁 大连 １６ ２ １０ ４１ 摘要： 通过阐述外延薄膜进行原位监测的反射高能电子衍射（ Ｈ Ｅ ） Ｒ Ｅ Ｄ 以及 Ｒ Ｅ Ｄ图像的条纹或点阵与 Ｇ Ｎ基薄膜表面形貌 ＨＥ ａ 的关系， 提出了基于 Ｒ Ｅ Ｄ图像分析外延 Ｇ Ｎ基薄膜晶体结构演变情况 ， ＨＥ ａ 从衬底 ０ ２， 【 ０ 的氢氮等离子体清洗、 一 氮化、 生长缓 冲层以及生长外延层进行具体的分析、 比较和演算。 结果表明衬底在清洗前后表面晶格常数基本保持一致 对于氮化层、 缓冲层 以及外延层情况 ， 表面原子层处于应变状态 。
Ｇａ — ａ ｅ ｉ ｆＲＨＥＥ Ｎ— ｓ ｄ Ｆ ｌ ｏ ｂ ｍｓ Ｄ
Ｌ ＮＧ ｉ－ ｏ ｇ， Ｆ — ｅ ２ ＧＵ Ｂａ。 Ａ Ｊａ ｈ ｎ Ｑ ｕ ｗ ｎ， ｉｏ
（ Ｓｈｏ ｏ Ｅｅｔｃｌ ｎｉ ｅ ｎ ＆ Ｉ ｏ ａｏ ， ｎｕ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｔ ｃｎｌ ｙ Ｍ ａｓａ ４ ０２ Ｃ ｉ ；． １ ｃｏｌ ｆ ｌ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｎ ｒ ｔｎ Ａ ｈｉ ｎ ｅｓｙ ｆ ｅｈ ｏ ｇ， ａｎｈｎ ２ ３０ ． ｈ ａ２ ． ｃｉ ｎ ｉ ｆｍ ｉ ｖ ｉ ｏ ｎ
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Ｖｏ． ４ １ Ｎｏ １ ２ ．
安 徽 工 业 大 学 学 报
Ｊｏ ｈ ｉＵｎｖ ｒｉ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ ．ｆＡｎ ｕ ｉｅｓ ｙ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｔ
第 ２卷 第 １ ４ 期
２０ ０ ７年 １月
Ｊ ｎ ａｙ ２ ０ ａｕｒ ０ ７
第四章-分子束外延
监测分子束流有以下几种：
（1）石英晶体常用于监测束流，束流屏蔽和冷却适当，可得 满意结果。但噪音影响稳定性。几个m后，石英晶体便失去了 线性。调换频繁，主系统经常充气，这不利于工作。
（2）小型离子表，测分子束流压，而不是测分子束流通量。 由于系统部件上的淀积而使其偏离标准。
（2）分子束外延的生长速率较慢，大约0.01~1nm/s。可实 现单原子（分子）层外延，具有极好的膜厚可控性。
（3）通过调节束源和衬底之间的挡板的开闭，可严格控制 膜的成分和杂质浓度，也可实现选择性外延生长。
（4）非热平衡生长，衬底温度可低于平衡态温度，实现低 温生长，可有效减少互扩散和自掺杂。
（5）配合反射高能电子衍射（RHEED）等装置，可实现 原位观察、实时监测。
用断续束流，对Si、Ga分别用251.6nm，294.4nm光辐射进 行探测，光束穿过原子束所吸收强度转换成原子束密度， 并得到相应比率。
分子束外延（MBE）衬底底座是一个难点。
MBE是一个冷壁过程，即衬底硅片加热高达1200℃，环境 要常温。此外，硅片要确保温度均匀。
由电阻耐火金属和石墨阴极，背面辐射加热，而整个加热 部件却装在液氮冷却的容器中，以减少对真空部件的热辐 射。
（1）衬底的温度达到1/3熔点温度，1450℃/3，T=500℃，可 获得足够的表面迁移率。
（2）杂质浓度：取决于系统的真空度，即杂质吸附在表面以 及结合到外延膜中的程度。
硅蒸发技术：1、电阻加热，瞬间蒸发。2、电子轰击蒸发。
在低工作压强中进行，玷污成主要问题。
氧、氢存在，表面只有小部分结合，晶体产生缺陷，衬底温 度TS升高，生长速率增高，1m/min增至1.5m/min， TS=1200℃，但掺杂无法控制。 超高真空系统出现（Ultrahigh Vacuum， UHV），本底真空 度降至10-9Pa，生长速率Re下降，TS下降。
【doc】用于MBE中的反射式高能电子衍射仪
用于MBE中的反射式高能电子衍射仪57?文章编号:1002—6886(2009)01一OO57—03用于MBE中的反射式高能电子衍射仪术杨再荣,潘金福,周勋,王基石,宁江华,丁召(通讯作者)(贵1大学贵州省微纳电子与软件技术重点实验室,贵州贵阳550025)摘要:对用于分子柬外延(MBE)中的反射式高能电子衍射仪(RHEED)的工作原理以及RIIEED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.关键词:分子束外延反射式高能电子衍射.Y-作原理样品盘强度振荡ReflectionHigh—energyElectronDiffractionTechnologyUsedinMolecularMeamEpitaxyY ANGZairong,PANJingfu,ZHOUXun,WANGJishi,NINGJianghua,DINGZhao Abstract:TheprincipleofReflectionHigh-EnergyElectronDiffraction(RHEED)inmolecu larbeamepitaxy(MBE)wasdescribedindetail.AndtheapplicationofRHEEDintensityoscillationsonmeasuringtherateofexpitaxia lgrowthwasdiscussedaswel1.Accordingtothe compatibilityproblemofthesampleplateandtheRHEED'Ssystem.anovelsampleplatehasb eendesigned.andanexperimentalinvestiga-tionwasconducted.Keywords:molecularbeamepitaxy(MBE);ReflectionHigh-EnergyElectronDiffraction( RHEED);workingprinciple;sampleplate;intensityoscillations0前言分子束外延(MolecularBeamEpitaxy,MBE)是在超高真宅(≤1.33×10l】a)条件下,利用分子束或原子束输运源进行薄膜外延生长的方法.由于它是在超高真空条件下进行薄膜的外延生长,能生长出超洁净,陡变的高质量薄膜界面,可精确控制生长层的厚度,组分和杂质分布,因而成为研究多层化合物半导体异质结,量子线,量子点和能带工程的基本手段.MBE主要由超高真空生长系统,生长过程的控制系统和监测,分析仪器等组成.其中,反射式高能电子衍射仪(Re—flectionHigh-EnergyElectronDiffraction,RHEED)是MBE中最常用的原位分析和监控仪器,它是原位监测外延表面分子结构和粗糙度的有效手段.RHEED由高能电子枪和荧光屏组成,从电子枪中发射出来的电子(能量范围为500eV～20 KeV)以小于5.的掠射角入射到样品表面发生衍射,在荧光屏上显示出衍射图案.由于电子束以很小的掠射角(1.～5.)入射到样品表面,电子在垂直于表面的动量分量很小,又由于受到库仑场的散射,电子束透人深度仅为1～2个原子层,因此RHEED所反映的完全是样品表面的信息.从超高真空到外延生长气压,RHEED用以提供表面再构,衬底表面的清洁度,粗糙度和实现单原子层生长等,这就使得对样品表面的生长情况进行实时监控成为可能.本文以配备在MuhiprobeMBE(Omicron公司)上的Staib公司的RH20型RHEED为基础,对其工作原理,调试过程中的样品盘改造研究等进行论述.lRHFFD的工作原理1.1l_aue条件当电子束入射到晶体时,由于晶体原子在空间中的排列形成有序的点阵,这对于入射电子波来说是很好的三维衍射光栅,当电子波透过样品光栅时受到原子的散射,如果电子波满足l丑ue条件:ks—k=G(1)式中,是散射束的波矢,k是入射束的波矢,G是倒格矢.则电子束发生衍射,形成衍射图案.12Ewald反射球及反射圆在电子衍射的分析过程中,常常要用到Ewald反射球,它可以比较直观地观察衍射晶面,...所示,在倒易空间中,画出衍射晶图1Eald反射球示意图基金项目:贵州省委组织部高层人才科研特助项目(Z073011);贵州省科技厅基金(zo73o85);贵州大学博士基.~.(X060031);贵州大学研究生创新基金资助项目(校研理工2(D7020).作者简介:杨再荣(1983一),男,贵州黎平人,硕士研究生,研究方向:半导体物理与半导体器件物理.丁召(通讯作者),男,教授,博士生导师,省管专家,研究方向:微电子材料,表面物理. 收稿日期;2008～7一l1'中国机械采购网58?体的倒易点阵,并以倒易原点O为端点,作入射束的波矢,该矢量长度等于波长的倒数,即=I/A;以晶体点阵O为圆心,I/A为半径作球,称为Ewald反射球.若倒易点阵G(hkd)刚好落在Ewald反射球的球面上,则衍射束的方向就是OG.由于晶体中存在各种方位和各种而间距的晶面,所以入射线沿一定方向人射时,_口『能有若干衍射束出现.而所有能发生衍射的晶面,其倒易点都应此Ewald反射球缸l二.二维晶体(或材料表面)原子在平面内的排列是有序的周期性点阵,从而形成二维衍射光栅.当入射束的波矢,(=1/A)入射到二维衍射光栅时,亦呵产牛衍射.翠于与t维Ewald球同样的原理,在二维倒格子点阵平内就町以作出Ewald反射圆.这时,只要落在Ewald反射圆上的点都可以产生衍射,即满足Luae条件(公式1)的点都可以产牛衍射,从而在荧光屏上观察到衍射斑点.2I硼Ⅱ在测量外延生长速率中的应用RHEED在MBE中具有非常重要的应jfj配备在Multi—probeMBE(Omieron公司)J的Staib公司的RH20犁RHEED具有衍射强度振荡功能,可进行原l了级的膜厚监挖,并能准确,直接,快速地测量外延的生长速率.图2是在理想层状生长模式时,表面生长薄层覆盖率与衍射强度振荡的关系..生长前,表面覆盖率=0的整表面财入射电子束有一高强度的镜面反射束,这时,生长层分子存表面的覆盖率为0;生长开始后,电子柬受到岛的漫反射,衍射强度减弱,生长到表面覆盖率:0.5时,岛的密度达到最大值,与此同时衍射强度达到最弱;然后又随表面覆盖牢的增大而变强,直到表面覆盖率=1.0,形成新的覆盖表面时,衍射强度达到最大值.如此一层接一层地连续qt长,产J,衍射强度的周期悱振荡效应,因而RHEED衍射强度振荡十分精确地对应着外延薄层的生长.从图2可知,当外延薄膜_L单原予层生长彻底结束时衍射电子束的强度出现最大值,l夭J此相邻的两个衍射强度最大值对应着同…原子层k的开始与结束,因此强度振荡的周期是一个原子层往外延薄膜表『拜i_卜淀积的时间,结合材料不同晶向的面问距,二着的乘积就是薄膜生K时的生长速度.图3是GaAs的RHEED强度振荡示意网,它的振荡幅度随外延时问的延长而衰减RHEED的一个振荡周期精确地对应着一个单原予层的生时问,衍射强度极大时,表明生长出一层完整的单原f层;衍射强度极小时,表明样品表面最粗糙.通过RHEED振荡的测量,可以实现单原子层精度的MBE生长图2表面生长薄层覆盖率与衍射强度示意图3与RHEFD相关的样品盘改造MuhiprobeMBE上装配的Staib公司的RH20型RHEED由高能电子枪和荧光屏组成,结构示意图如图4所示,高能电子枪与荧光屏分别处于样品的两侧.从高能电子枪中发射出来的电子(能量范围为500eV～20KeV)以l.～5.的掠射角入射到样品表面并发生衍射,在荧光屏上显示出衍射图案.通常在MBE生长中,需要观察晶体表面两个或三个以』二晶向的RHEED衍射图案,以确定晶体生长质量及表面形貌.图4中的样品用In将其粘到样品盘上(样品盘如图5中的(a)所示),再将样品盘固定在样品台上.由图5(b)可观察到,粘在样品盘上的样品位置低于样品台两侧位置,从而导致从高能电子枪中发射出的电子只能从前后两个方向入射到样品表面上,而从样品左右两侧方向上发射出的电子能到达样品表面.为了解决这一问题,我们对样品盘进行了新设计并进行改造,使得从高能电子枪中发射出的电子束能从各个方向入射到样品表面, 从而获得样品表而各个方向上的信息.为了达到这一目的,我们住高纯金属钽【设计制作了新的样品盘(尺寸为l8him×l5nUTI),如冈5(c)所示,在1mill厚的样品盘上增加3mm厚的矩形钽片(12.5mm×12mm),这样就留下了两条宽分别为3IllIll的样品唇缘,以便样品盘能被顺利地送入样品命中.x轴?表m1法线片向图4RHEED的结构示意图图5改造样品盘过程示意图在MultiprobeMBE中,加热系统采用旁热式对样品进,7-?kri热..由于增加r样品盘的厚度,样品的加热效率必将受到影响.为此,我们在加厚的钽片上将样品盘挖通一个7mlil×7film的孔,从而能对样品进行辐射加热,尽量减小由于热损失对薄膜样品生长的影响.另外,孔的四周挖宽度和深度都为0.5mm的浅槽,以便用In粘结样品,如图5(c)的阴影部分所示.改造完成的样品盘如图5(d).这样,从高能电子枪中发射出的电子就可以从各个方向入射到样品表面(如图5(e)),从而RHEED就可以在样品的各个方向产生衍射图案.(下转第61页)_.h,55257O000===::一一一一～61?主模块实现的功能:控制焊接流程.电流模块,旋转/送丝模块,横摆模块,弧长模块,面板,线控器作为从模块,受主模块支配.主模块通过记时或记角度, 控制焊接进程,并通知从模块进入相应状态.主流程图如图l0所示.3主流程控制轴(主轴)系统由多个功能模块组成,每个模块有各自的MCU,在主模块支配下,以通信方式相互协调工作.这样的结构便于根据用户不同的要求进行多种配置,另外,从发展的角度讲,便于扩展设备的功能.从控制精度的角度进行分析,类似于EWA306(EWA406)这样的焊接电源,整个系统只有一个MCU,又受到MCU本身功能的制约,使得实际精度与参数设定的精度偏差非常大,并且根据参数相互关系的不同,带有不定l生.而我们这种多个功能模块的通信系统从很大程度上解决了这个问题.从实时角度进行分析,CPU同一时间只能做一件事,而事实上,我们同一时间要做的不仅一件事,这样,CUP就要将本应同时做的事,根据中断优先级使它们按先后顺序来做,这就失去了实时眭,严重情况下还会使功能失效,例如弧长控制就并未起到应有的作用.而多个模块的结构,使得各个功能相对独立,互不干扰,从而增强了实时陛.同时,采用这种多模块系统也会带来一些问题,如成本略增加,干扰增大.如果通信总线受到干扰,将可能导致整个系统瘫痪.为此,系统通信波特率设为9600bps,不是很高,相对来说,受干扰程度较小,另外通信部分电源与控制部分电源相互独立,并且在进出模块的接口处都加了光耦以及其它抗干扰措施.4结论从理论分析以及调试过程中的实际情况来看,这种多模块系统与过去的单MCU模式相比,确实具有一定的优势,但最终是否能按设计完好实现,除了目前软,硬件所做的努力外,很大程度上还取决于整个焊接系统的抗干扰能力.参考文献1钟尧,文援兰.基于FPGA的VXI总线多功能模块设计.计算机测量与控制,2OO8,16(4):579-581.2张家栋.单根总线等级分布式串行中断多机通讯系统的设计与实现. 微型机与应用,1991,6(34):28—30.(上接第54页)3)随着CAD的普及应用,为了适应社会的需要,现在许参考文献多大学工程类专业在大学一,二年级开设了CAD课程,而CAD的图解法不直接涉及机构设计的数学模型的建立与计1中永胜?机械原理教程(第2版)[M]-北京:清华大学出版社,2005:算程序的编制,而且其设计更直观,更形象简单,因此其设计原理更容易被普通学生与设计者所接受,因此在机构设计课动特性的曲柄摇杆机枸设?机械研究与应用,程教学中,应该保留图解法设计的教学.3芦.A..utoC.AD2000应用实例[M].北京:治金工业出版社,200o:86.总之,利用AutoCAD软件图解法设计连杆机构的设计精.度可以达到解析法设计的精度,而且具有设计过程简单直观4杨元山.机械原理[M].武汉:华中科技大学出版社,1989:46的优点,能广泛应用于机械设计.(上接第58页)4结束语3B0belFG.M.lkrH.ez.PvmmetricInterIIicInler{mmetryfbr本文基于MuhiprobeMBE上装配的Staib公司的RH20RealTimeM..."BEpitaxyProe.Mi"g?J?V?.i?墨'分199子4….……:延生长速率的应用进行了详尽的阐述,并针对样品盘与::…一…………………～………''～RHEED系统的兼容问题对样品盘进行了新设计并进行改造5STAIBINsTRuMENT.RHEEDsYsTEM『Manua1].Geanv:Staib研究,使得从高能电子枪中发射出的电子能从各个方向上入6C.基泰尔.固体物理导论[M].北京:化学工业出版社,20O5,9射到样品表面,从而RHEED可以在样品的各个方向上产生7J.J.Harri,B.A.J.vc,andP.J.Dob0n,Surf.Sci.103.L90(1981)衍射图案,获得样品表面各个方向上的信息.8Neaveeta1.App1.Phys.A31,1(1983)9MuhiprobeSurfaceScienceSystemsUser'SGuide.OMICRONUHVPreci一参考文献sionManipulatorsSmallSampleMBEManipulatorwithResistiveHeater [Manua1].Gennaiay:Omieron中国机械采购网《瓣√—...豫学l§。
lsat(111)衬底上zno单晶薄膜的分子束外延生长
lsat(111)衬底上zno单晶薄膜的分子束外延生长
分子束外延是一种常用于生长单晶薄膜的方法，可以在具有高度控制性和晶体质量的条件下进行生长。
在生长ZnO单晶薄
膜时，可以采用分子束外延技术。
首先，需要准备一个LSAT(111)衬底，该衬底具有优异的结晶性和适合生长ZnO单晶薄膜的晶格匹配性。
衬底应经过充分
的清洗和处理，以确保表面是干净的并且不含杂质。
接下来，使用分子束外延系统，将适量的ZnO分子（通常是
金属锌源）和O2气体输入到生长室中。
通过控制分子束外延
系统的参数，如温度、气压、气体流量和偏压等，可以调节ZnO的生长速率和晶格取向。
使用基于衬底反射高能电子衍射（RHEED）或X射线衍射（XRD）的实时监测技术，可以实时观察到ZnO生长过程中
的晶体结构演变。
根据这些实时监测结果，可以对生长条件进行调整，以获得高质量的ZnO单晶薄膜。
在生长完成后，可以对ZnO薄膜进行必要的后处理，如退火、偏压和化学处理等，以进一步提高薄膜的质量和性能。
总之，通过分子束外延技术在LSAT(111)衬底上生长ZnO单
晶薄膜，可以得到具有高质量和优异性能的薄膜。
这种生长方法在光电子学、传感器和微电子学等领域中具有广泛的应用前景。
反射式高能电子衍射实时监控的分子束外延生长GaAs晶体衬底温度校准及表面相变的研
2. 实
验
实验在含有 固 态 源 Omicron Multiprobe MBE 的
－ 10 系 统 的 背 底 真 空 为 2. 4 × 10 超高真空室内进 行，
mbar. MBE 腔 室 上 装 配 有 Staib 公 司 的 RH20 型 RHEED 系统， 整个实验过程 RHEED 的工作电压和 电流分别为 15 kV 和 1. 5 A ， 衬底加热系统采用辐射 衬 底 温 度 采 用 K 型 Ni-Cr 热 式加热法对衬底 加 热， 电偶测量
（ 2010 年 4 月 8 日收到；2010 年 4 月 29 日收到修改稿）
As 4 等 效 束 流 以反射式高能电子衍射（ RHEED ） 作为实时监测 工 具， 根 据 GaAs （ 100 ） 表 面 重 构 相 与 衬 底 温 度 、 压强之间的关系， 对分子束外延（ MBE ） 系统中衬底测温 系 统 进 行 了 校 准， 这 种 方 法 也 适 用 于 其 他 的 MBE 系 统 . 为 生长高质量的外延薄膜材料 、 研究 InGaAs 表面粗糙化及相变等过程提供了实验依据 .
. 实 验 表 明， GaAs 重 构 与 衬 底 温 度 和 As 4
= 10 Pa ） ） 条 件 下， 利用分子束或原子束输运源进 行薄膜外延生长的方法 . MBE 主 要 由 超 高 真 空 生 长 系统 、 生长 过 程 的 控 制 系 统 和 监 测 、 分析仪器等组 成 . 其中反射式 高 能 电 子 衍 射 （ reflection high-energy electron diffraction ，RHEED ） 是 MBE 中 常 用 的 原 位 分析和晶体生长监控仪器
. 尽管不同的实验条件下衬底的
脱氧过程不相同， 但脱 氧 点 的 实 际 温 度 580 ℃ 是 唯 故可以在不同 的 实 验 条 件 下 对 衬 底 温 度 进 行 一值， 校准 . 本 文 以 RHEED 作 为 实 时 监 测 工 具， 根据 GaAs （ 100 ） 表面重构与衬底温度 、 As 4 等效束流压强 之间 的 关 系， 对 MBE 系 统 中 衬 底 测 温 系 统 进 行 校
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知识回顾 Knowledge Review
在420℃生长30s的RHEED 图中,观察到原来的衍射 斑点加条纹渐渐成网格 状衍射斑点 (图1),斑点 周围还出现了卫星小斑 点,它很可能是粘接样品 的少量的 In与As 反应生 成极少量的InAs,这与文 献 中 关 于 InAs 量 子 点 的 RHEED衍射斑点相似。继 续生长 60s以后, 极少量 的 InAs 在 大 量 的 GaAs 的 覆盖下已经很难发现,从 而使得卫星小斑点逐渐 消失
二、砷化镓的RHEED图样分析
利用RHEED图像可研究GaAs表面重构方式 和生长机制。报道了一种新型的分子束外 延 方 法 , 在 RHEED 实 时 监 控 下 , 利 用 GaAs(001)基片同质外延GaAs。通过改变生 长和退火的时间与温度(420、500、580℃), 结合RHEED图像演变与GaAs表面平整度( 粗糙化)的联系,得到表面原子级平整的 GaAs样品。
反射高能电子衍射仪（RHEED）对 砷化镓的实时监测
报告人： 仲玉泉 专 业：物理电子学 学 号：2120100212
一、RHEED简介
（reflection high-energyelectron diffraction）反射高能电子衍射
结构:
RHEED 装置由高能电子枪和荧光屏两部分组成,从 电子枪发射出来的具有一定能量(通常为10-30kev)（ 对比LEED：10-300eV） 的电子束以1-2°的掠射角 射到样品表面, 样品上的光束入射点与荧光屏的距离 (又称照相机距离)为270mm。CCD拍摄下荧光屏上图 像，送至计算机处理。
总结：
1.由于RHEED采用掠入射，入射束要覆盖约Icm长的表面，因
此要求样品表面非常平整。高能电子束强度高，平行度好。在 实际的应用方面，RHEED可以弥补LEED的一些不足。例如 LEED的样品温度升高到500℃以上时就观察不到衍射图样，而 在 RHEED 中 ， 温 度 高 达 1300℃ 时 也 能 观 察 到 衍 射 图 ， 因 此 RHEED也可用于研究与温度有关的表面过程及结构变化。
典型的ＲＨＥＥＤ图像：
衬底表面的形貌与它 的 电 子 衍 射 RHEED 图像具有一定的关系 。如果表面不平整， 那 么 它 的 RHEED 图 像呈现点状分布;如果 表面平整，那么它的 RHEED 图 像 呈 现 平 行的条状分布;如果衬 底表面粗糙度介于两 者之间，它的 RHEED 图 像 呈 现 点 连线结构
ＲＨＥＥＤ特点：
１.由于电子垂直于样品表面的动量分量很小,又受 到库仑场的散射,所以电子束的透入深度仅1 - 2 个 原子层, 因此RHEED 所反映的完全是样品表面的 结构信息。
２ . 与 低 能 电 子 衍 射 (Low Energy Electron Diffraction,LEED) 不 同 ， 在 RHEED 系 统 中 电 子 束 为掠入射，在监测的同时不影响材料的生长，所 以被广泛集成在MBE (Molecula Beam Epitaxy)， CVD ( Chemical Vapor Deposition)等材料生长系统 中，用于材料生长的实时监测，并且在研究晶体 生长、吸附、表面缺陷等方面也取得了很大的进 展。
在图3的RHEED图像中各个方向上雨滴状椭圆斑点的 出现表明,随着生长的不断进行,表面开始出现平整的趋 势。
在500℃退火1.5h的RHEED图像(图4)中,斑点的 拉长趋势明显,隐约看见在同一竖直方向上的 斑点有拉长变细变小甚至连接的趋势。衍射斑 点拉长变细变小是由于在退火过程中,表面原 子获得一定能量不断在表面运动,使得表面逐 渐趋于平整。
总结：
2. 在 RHEED 的 实 时 监 控 下 , 利 用 GaAs(001) Байду номын сангаас 片 同 质 外 延
GaAs。通过改变生长和退火的时间与温度,结合RHEED图 像的演变与GaAs表面平整度的联系,得到表面原子级平整、 高纯度的GaAs晶体。基片完成脱氧预处理以后从低温420℃ 生长开始,通过不同温度(420、500、580℃)的再生长、多次 退火,得到在不同时间段内的衍射图像。图像从开始的完全 网格状斑点、椭圆状斑点、拉长连接形成细线,随后出现条 纹化趋势到逐渐条纹化直至完全条纹化。在580℃得到的图 像中,通过完全条纹化的衍射图像可以确定样品表面已经呈 原子级平整,并且能够清晰观察到并分辨出[110]方向的2×结 构、[100]方向1×结构、[110]方向4×结构的衍射图像,GaAs 表面呈(2×4)重构。降温到450℃后得到具有C(4×4)表面重 构的GaAs。
图5和6表明衍射斑点已经从拉长、连接逐步实现条纹化。随 着条纹化的不断进行,GaAs的表面的平整度正在不断提高,在 [110]方向隐约可以观察到在亮线之间出现较为模糊的暗线
在图7中注意到各个方向上的衍射图像已经接近完全条 纹化,[110]方向已经出现明显的明暗相间条纹,在另外两 个方向[110]以及[100]上,亮条纹之间暗条纹逐渐明显。 可以推断表面已经慢慢趋于原子级平整,再进行退火处 理,就将得到非常平整的表面,同时能够通过衍射图像很 容易的判断此时的重构方式
温度降 低到 450℃ 后 得到的 图 像 9, 这 是平整 GaAs(001) 表面典 型的 C(4×4) 重构形 式的 RHEED 衍射图 像。
在图8中,亮条纹之间的暗条纹清晰起来,可以明确地指出[110]方向 的2×结构、[100]方向1×结构、[110]方向4×结构。这是原子级 平整的GaAs(001)表面(2×4)重构形式的RHEED衍射图像。