SiC(0001)(3~1/2×3~1/2)R30°结构的XPS分析

不断加热富硅SiC(0001)样品,分别用低能电子衍射(LEED)仪,扫描隧道显微镜(STM)观察,当加热到950℃时,出现SiC(0001)(3×3)R30°重构面的LEED和STM图样.利用X射线光电子能谱仪,记录发自SiC(0001)(3×3)R30°结构的角分辨X射线光电子能谱(XPS).采用最小二乘法,对内层能级的能量进行解旋,使其与实验数据拟合.分析实验结果,得出SiC(0001)(3×3)R30°结构中Si2p和C1s的能态结构,并与体内的Si2p和C1s的能态进行比较,得出表面Si2p态的能量漂移,进而发现SiC(0001)(3×3)R30°重构面仅由硅原子形成.     

4H-SiC(000(3×3)重构的原子能态

为了探索SiC表面的结构和原子的能态,在650℃条件下,用低能电子衍射(LEED仪),观察到4H-SiC(0001)(3×3)重构面的LEED图样,利用配备有XPS设备的电子能量分析器,记录SiC(0001)(3×3)重构的角分辨X射线光电子能谱(XPS),得出该结构中Si2p和C1s的能态结构,进而发现SiC(0001)(3×3)重构面仅由硅原子形成,是在扭转的硅增层上的Si四聚物.通过比较体内和表面Si2p态的光电子能谱,得出表面Si2p态的漂移能量.     

CaMn_7O_(12)块材的烧结与薄膜制备探究

利用固相烧结法制备了多铁性材料CaMn_7O_(12)多晶块材,断面扫描电子显微镜(SEM)形貌图显示样品的结构致密.以CaMn_7O_(12)多晶块材为靶材,利用磁控溅射方法在Sr Ti O3(STO)基片上制备CaMn_7O_(12)薄膜,XRD的θ-2θ扫描说明在STO(001)和STO(111)基片分别得到了CaMn_7O_(12)(003)薄膜和CaMn_7O_(12)(600)薄膜.原子力显微镜(AFM)扫描的薄膜表面形貌清晰,结合薄膜生长的晶格匹配度,分析CaMn_7O_(12)(003)薄膜和CaMn_7O_(12)(600)薄膜的生长.     

4H-SiC(0001)(3×3)重构的原子能态

为了探索SiC表面的结构和原子的能态,在650 ℃条件下,用低能电子衍射(LEED仪),观察到4H-SiC(0001)(3×3)重构面的LEED图样,利用配备有XPS设备的电子能量分析器,记录SiC(0001)(3×3)重构的角分辨X射线光电子能谱(XPS),得出该结构中Si2p和C1s的能态结构,进而发现SiC(0001)(3×3)重构面仅由硅原子形成,是在扭转的硅增层上的Si四聚物.通过比较体内和表面Si2p态的光电子能谱,得出表面Si2p态的漂移能量.     

C轴择优取向ZnO薄膜的微区压电特性分析

采用激光脉冲沉积系统在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜.利用X射线衍射方法对其结构进行了表征,结果表明,所制备的ZnO薄膜具有优良的c轴取向和高质量的结晶度.采用扫描隧道显微镜测得ZnO薄膜微区的压电常数d33大约为13.8pm/V.并根据微区压电特性与ZnO薄膜的生长具有极性的特点对薄膜的生长机理进行了研究.得出了ZnO的生长方向为[0001],从而证实了ZnO薄膜生长过程中(0001)Zn面是易生长面.     

铟吸附氢钝化Si(100)表面的结构和稳定性研究

采用第一性原理理论研究了In吸附氢钝化的Si(100)面的结构和稳定性.对In原子吸附结构的计算表明不同的重构表面其吸附结构也是不同的:In在H/Si(100)-(2×1)面的吸附能高于In在H/Si(100)-(1×1)面的吸附能;由于氢原子对硅表面的钝化作用,使得In在Si衬底的外延生长被破坏,In原子易在衬底表面形成团簇.对In原子是否会向衬底扩散并与H原子发生交换的研究结果表明:In原子吸附于H/Si(100)表面比与H原子发生交换具有更稳定的能量.因此,在平衡条件下,In原子不会与H原子发生交换.     

在Cd(0001)基底上制备单斜相的红荧烯薄膜

利用有机分子束沉积和超高真空-低温扫描隧道显微镜,研究了红荧烯在Cd(0001)表面上的自组装和薄膜生长过程.研究发现:在低覆盖度下单个红荧烯分子斜躺在基底表面,表现出3个不同亮度的突起,并出现了手性特征.随着覆盖度的增加,红荧烯形成自组装的单层结构,每个分子仍保持斜躺的姿态,但单个分子的形貌非常依赖偏压,在高偏压下表现出3个突起,在低偏压下表现出4个突起.之后,第二层的红荧烯发生了取向相变:分子由斜躺变为站立,且在第二层出现了两种不同的结构.第一种是链状分子结构,第二种是一个新的单斜相.特别是,此前曾有人利用第一原理计算预言了该单斜相的存在,但一直没有得到实验证实.此次研究成果可以为制备新型红荧烯发光器件提供新的选择和思路.     

自组织纳米复合薄膜BiFeO3-CoFe2O4的微结构与相成分

采用先进电子显微术在原子尺度研究了(001)单晶SrTiO3衬底上生长的纳米复合薄膜0.65BiFeO3-0.35CoFe2O4的组织形态以及界面结构.BiFeO3 (BFO)和CoFe2O4(CFO)两相在外延生长过程中自发相分离,形成自组织的复合纳米结构.磁性尖晶石CFO呈方块状均匀分布于铁电钙钛矿BFO基体中,并沿[001]方向外延生长,形成垂直的柱状纳米结构.两相具有简单的立方-立方取向关系,即[001]BFO//[001]CFO和(100)BFo//(100)cFo,且界面为{110}晶面.薄膜表面起伏不平,形成CFO{111}小刻面而BFO则为平整的(001)表面.能谱分析结果表明各相成分均匀分布并无明显的元素互扩散发生.     

纤锌矿结构ZnO(0001)-Zn和(000-1)-O极性表面稳定几何及电子结构性质

采用超高真空分子束外延和扫描隧道显微(STM)技术,对纤锌矿结构ZnO单晶(0001)-Zn和(000-1)-O极性表面进行了STM形貌扫描和扫描隧道谱(STS)测量.STM表征结果显示,(0001)-Zn极性表面形成了以单层高度交替出现的直线型和锯齿型台面的大表面纳米稳定结构,还通过形成(3×3)再构表面来稳定其表面.而(000-1)-O极性表面则形成了双层高度台面的表面稳定结构.STS测量结果表明,(0001)-Zn极性表面内部偶极矩方向指向表面,而(000-1)-O极性表面内部偶极矩方向指向材料内部,导致两种极性表面能带的弯曲方向不同,最终引起两者导带底EC和价带顶EV能量位置的偏移.(0001)-Zn和(000-1)-O极性表面I-V和dI-dV曲线的偏移体现了两种表面的不同极性和电子结构性质.     

Au/Si扭转界面能各向异性研究

采用改进型嵌入原子法(modifiedembedded atom method,MEAM),计算了(001)Au/(111)Si、(011)Au/(111)Si、(111)Au/(111)Si、(001)Au/(001)Si、(011)Au/(001)Si、(111)Au/(001)Si六个扭转界面的界面能.结果表明,不论是对于(111)Si还是(001)Si基底,相同基底的界面均按照(111)Au/Si、(001)Au/Si、(011)Au/Si顺序依次增加;从界面能的最小化考虑,Au在(111)Si或(001)Si基底上的外延生长,Au(111)面为择优晶面,择优扭转角分别为θ=2.68°和θ=2.42°.     

酸刻蚀处理对Si(100)和Si(111)上制备CVD金刚石膜的影响

对Si(100)和Si(111)采用相同的酸刻蚀工艺,采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)制备金刚石膜.用扫描电子显微镜、X线衍射仪和X线应力测试仪对样品的形貌、织构及残余应力进行检测、分析.研究结果表明:沉积3 h后,Si(100)和Si(111)基体上均生长出晶形比较完整,呈柱状晶方式生长的金刚石薄膜;此外,Si(100)金刚石膜表面分布着大量的微孔,通过调整沉积工艺可控制微孔的数量和尺寸,而Si(111)金刚石膜表面无微孔出现;2种基体所得薄膜都存在(111)织构,后者Si(111)还有一定的(110)织构;2种基体经酸刻蚀之后制得薄膜均无鼓泡剥离现象,二者的残余应力相差不大.     

高温超导薄膜的原子尺度制备和表征

高温超导体因其丰富的物理性质和潜在的应用价值已成为30余年来凝聚态物理学备受关注的前沿方向之一.探索和发现新型高温超导体并以此建立非常规高温超导电性的物理机制是超导物理学家们长期追求的目标.本文从高温超导体的研究现状和瓶颈出发,介绍基于异质外延薄膜高温超导电性的原子尺度研究,阐述近年来分子束外延技术在高温超导薄膜制备和量子调控方面取得的研究进展.在外延薄膜超导特性表征方面,着重介绍基于原位扫描隧道显微镜对超导层的原子尺度研究.在新型高温超导体探索方面,主要介绍基于异质外延薄膜界面超导体系的构筑.本文侧重于展示实验设计思路、研究方法以及对高温超导电性微观机制的理解,力图以此启发相关领域的研究人员.     

Pt／Pt（111）薄膜生长的计算机模拟研究

以Pt/Pt(111)薄膜生长为例,建立一个包含更为细致的原子扩散过程的模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究了不同覆盖率,不同温度下（111）面上外延生长早期阶段的原子聚集行为,得到了一系列分形状薄膜的形貌。计算表明,用来描述枝状晶体枝杆平均宽度的原子的平均最近邻配位数随温度的升高而增加,与扫描隧道电镜实验测量的结果一致。同时,还研究了原子沉积过程中沉积速率的大小对薄膜生长的影响。     

Si10团簇与Si(111)面碰撞的紧束缚分子动力学模拟

利用紧束缚分子动力学方法模拟研究了Si10团簇与Si(111)表面碰撞的微观过程．研究了入射动能在10—60eV之间的碰撞过程，给出了不同时刻体系的原子位置的微观状态图．结果表明：Si10与Si(111)面碰撞时，吸附在晶体表面的能量域值为20eV，替位域能为30eV，损伤域能为40eV；入射能量大于50eV时，晶体表面严重损伤并且在60eV时，发现在外延层有Si7团簇生成；Si10团簇保持其结构特性吸附在Si(111)表面，需要的最佳能量在10～20ev之间，进而通过对碰撞结果的讨论得到了改变轰击能量可以控制外延生长的结构的结论。     

Si(100)和Si(111)衬底上的同质分子束外延

由于硅材料在大规模集成和微结构器件中应用最广,工艺最成熟,以硅为基础的分子束外延材料因此而倍受关注.例如,在硅衬底上外延生长Ⅲ-Ⅴ族半导体和在Ⅲ-Ⅴ族半导体上生长硅,有可能使微电子器件和光电子器件集成在同一芯片上;硅/绝缘体/硅和硅/硅化物/硅单晶结构的生长是实现三维集成、提高集成度的有效途径之一.根据现在已有的实验结果和文献报导,要获得一个界面缺陷少、电学和光学特性优良的异质器件,衬底表面的清洁处理和同质分子束外延生长一个缓冲层是器件制备过程中极为主要的.本文选用φ39mm、n型的Si(100)和φ34mm、p型的Si(111)单晶片为衬底,探讨了它们的清洁处理和同质生长条件.     

γ-Fe(111)，Co(0001)，Ni(111)，C(0001)晶面电子密度计算及触媒作用优劣的价电子结构分析

由于Fe,Co,Ni元素密集面上的原子与石墨层面上单号原子间距相近,常用作触媒,使石墨在较低压力和温度下直接转化为金刚石,异相界面上电子密度的大小和差异直接影响其结合能力.笔者应用余瑞璜教授的固体与分子经验电子理论,对Fe,Co,Ni,C的价电子结构进行了键距差(BLD)分析,发现γ-Fe处于B种杂化第12阶, Co 在第12 阶,Ni在第10 阶,C在第6 阶.计算出γ-Fe(111),Co(0001),Ni(111),C(0001)晶面的平均共价电子密度(简称电子密度)分别为38.272 8 nm - 2,54.603 5 nm - 2,54.766 6 nm - 2,76.334 0 nm - 2.作为触媒,Co 和Ni优于Fe.     

Ag在单晶硅(111)基面上的反应润湿与固液界面能计算

采用滴座法研究Ag在高定向生长单晶硅(111)基面上的高温反应润湿行为及固液界面结构.结果表明,Ag/Si(111)润湿体系在1 200℃高温下的最终润湿角为96.7°,呈现不润湿现象,反应润湿界面有Si原子溶解到液态Ag中,但没有新相生成,Si和Ag仍以单质形式存在,因此Ag(l)/Si(s)界面能保持不变.通过计算得到1 200℃下Ag/Si(111)润湿体系的固体表面能和固液界面能分别为565.6和667.1 mJ.m-2.     

电子束外延生长Er_2O_3单晶薄膜

使用电子束外延的方法在p型Si(001)和Si(111)衬底上,在700℃、7×10-6Torr的条件下首次实现了Er2O3单晶薄膜的生长。薄膜的结晶情况依赖于薄膜的生长温度和氧气压。在较低的温度和较低的氧气压下在薄膜内容易生成硅化铒,薄膜也趋于多晶化。而且,生长在SiO2/Si衬底上的Er2O3单晶薄膜的结晶情况和表面粗糙度比生长在清洁的Si衬底上的薄膜要好很多。     

金属镓在Bi(111)表面上的吸附和合金化

利用超高真空-低温隧道扫描显微镜，结合第一性原理计算，研究了金属镓原子在Bi(111)表面上的吸附和合金化过程.在低温条件下沉积镓原子，一部分镓原子会聚集在衬底表面形成小液滴，另一部分则会依附在Bi(111)台阶处形成略矮于原台阶高度的镓铋合金.在室温退火后，聚集的小液滴会脱附，被真空泵抽离后，样品表面的台阶边缘处留下大面积的镓铋合金，合金结构的晶向与衬底相同，原子排列方式为六角密排结构.模拟计算发现，沉积在Bi(111)表面的镓原子替代第2层的铋原子形成镓铋合金结构的能量最低，结构最稳定，且模拟的镓铋合金的层高与实验结果一致.     

6H-SiC(0001)衬底结构对GaN膜结构的影响第一原理研究

用从头计算方法总能理论研究了6H-SiC(0001)(3×3)R30°衬底上生长的GaN薄膜的界面结构特性.计算结果表明:GaN膜为Ga极性的纤锌矿结构;6H-SiC(0001)衬底表面台阶引起的GaN岛合并在薄膜中产生边界堆垛失配(SMBs),而这种SMBs缺陷随着薄膜生长厚度的增加可以消除.