Monte Carlo方法计算多层薄膜中X射线发射强度

基于作者发展的电子散射模型,多层介质中电子散射理论、X射线强度、吸收和荧光计算公式,用Monte Carlo方法计算了多层薄膜中X射线发射强度比值。在不同加速电压下,对Si衬底上Au,Cu多层膜及Cr,Ni多层膜计算的强度比与EPMA实验结果广泛一致。本工作为最终解决多层薄膜X射线定量显微分析的难题奠定了理论基础。     

用对向靶溅射法外延生长La-Ca-Mn-O巨磁阻单晶薄膜 *

用对向靶溅射法(FTS)在(110)NdGaO₃基板上外延生长出La-Ca-Mn-O(LCMO)单晶薄膜,其三维晶体结构用高分辨率双晶X射线衍射技术(DCD)和掠面衍射技术(GID)分析,薄膜表面形貌用原子力显微镜(AFM)测量.结果表明,薄膜有c轴位于薄膜平面的类钙钛矿结构,所有已测量X射线衍射峰的摇摆曲线的半高宽度均约为0.01°,这是迄今报道过的陶瓷薄膜的最小结构参数.AFM图象清楚表明薄膜为单原子层状生长,表面原子层台阶高度为0.195nm.台阶宽度为360～400nm.台阶边缘沿(001)方向.原位生长的薄膜已具有较大的巨磁阻效应.     

多层簿膜厚度XQMA测定及Monte Carlo计算方法

本文提出了应用X射线显微分析实验及Monte Carlo模拟计算电子散射、X射线激发来确定多层薄膜样品每一层厚度的方法.在几种加速电压下,对不同组成、不同厚度的多层膜进行了测定,所得结果与核背散法测定值一致.相对误差小于10％.文中给出了计算程序流程图.     

高热稳定性CoN/CN软X射线多层膜的制备及其结构稳定性研究

研究了对向靶反应溅射法制备的CoN/CN软X射线多层膜的结构稳定性。研究表明,通过掺杂N原子可以将Co/C软X射线多层膜的结构稳定性提高100～200℃.400℃温度下退火,CoN/CN多层膜的周期膨胀仅为4%,700℃时周期结构仍然存在.N掺杂可以有效抑制CN层中sp³键的形成,延迟层内结晶过程,进而减小了周期膨胀.Co-N和C-N间存在的强化学键可以减小结构弛豫.填隙N原子增大了Co原子运动的粘滞性,使hcp-Co和fcc-Co在相变温度以上共存,抑制了高温下晶粒长大.     

InAlAs/InGaAs/InP异质结构的X射线双晶衍射研究

本文应用X射线双晶衍射技术结合X射线衍射动力学理论的计算模拟,研究了MBE生长的InGaAs/InAlAs/InP异质结结构材料的外延层生长条件与层厚、成分的关系,X射线双晶衍射形貌图表明:衬底和外延膜存在位错和沉淀物等缺陷,衬底的不完美性直接影响外延膜的质量,文中还应用X射线衍射动力学理论对所观察到的沉淀物衬度进行解释,指出沉淀物周围点阵受张应变场。     

BaTiO3铁电薄膜的原子层水平外延生长

利用激光分子束外延镀膜设备,实现了原子层水平BaTiO₃(BTO)薄膜的外延生长.高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜和透射电子显微镜(TEM)等研究结果表明,薄膜的结构为c-取向单相BTO铁电薄膜,表面非常平整。在此基础上制备了铁电/超导多层异质结构.研究了BTO薄膜的铁电性质。结果表明用激光分子束外延方法有利于改进BTO薄膜的质量,提高薄膜器件的性能。     

Ag/Si纳米颗粒多层膜的合成

使用多靶离子束溅射沉积方法制备出Ag/Si多层膜 .利用原位低角X射线衍射技术和截面高分辨透射电子显微镜观察 5 0～ 30 0℃退火过程中Ag/Si多层膜各亚层间发生的扩散现象 ,并由此分析研究Ag/Si多层膜微观结构变化 ,即Ag/Si纳米颗粒多层膜的形成过程 .计算出Si在Ag亚层中的扩散激活能和频率因子分别为 0 .2 4eV和 2 .0 2× 1 0 ^-20 m² /s,纳米Ag颗粒的尺寸约为5nm .     

GaAs/Si外延层X射线双晶衍射摇摆曲线的动力学模拟和位错密度的测量

利用X射线衍射动力学理论和位错的小角晶界模型,分析了GaAs/Si外延层中位错对X射线双晶衍射摇摆曲线的影响,认为GaAs/Si外延层并不是严格取向一致的完整单晶膜,而是存在着许多小角晶界的镶嵌晶体,并推导出了其中镶嵌块的晶向分布函数和晶格应变分布函数,模拟出了GaAs/Si外延层X射线双晶衍射摇摆曲线,由此曲线计算出了GaAs/Si外延层中的位错密度.同时还得到了Si衬底上GaAs外延层中镶嵌块的大小.为分析高失配外延材料的双晶衍射摇摆曲线提供了新的方法.     

考虑磁通流动效应的超导薄膜基底结构界面断裂行为研究北大核心CSCD

超导薄膜是一种采用化学涂层制备而成的多层薄膜结构,作为性能优越的导电功能结构材料,其载流能力与结构完整性直接相关.在超导薄膜制备过程中,超导层与金属基底之间的界面裂纹很难避免.因此,在载流运行过程中,由于外磁场的存在,这类界面裂纹的强度问题成为关键.为此,该文针对超导薄膜结构,以磁通量子穿透薄膜理论和线弹性断裂理论为基础,建立了研究超导层与基底界面裂纹强度问题的解析模型.深入分析了外加磁场作用下界面裂纹强度问题,得到了超导磁通流动对裂纹尖端应力场和能量释放率的影响.结果表明:磁通流动速度越大,界面裂纹尖端处应力越大且能量释放率越大,这将导致界面更容易发生裂纹破坏.该文所得结果有助于分析相关的界面裂纹问题.     

平面P波在弹性介质和非饱和多孔弹性介质分界面上的传播

使用线性粘滞的多孔弹性介质模型,解决在弹性介质和非饱和多孔弹性介质分界面上平面P波的反射与透射问题,这里的非饱和多孔介质中固体骨架被两种相互耦合的流体（液体和气体）所充满．通过势函数的方法得到了振幅反射系数与振幅透射系数．然后推导得到入射波与反射波、透射波之间能量转换情况．研究发现:用振幅比和能量比所表示的反射系数与透射系数是与入射角度、饱和度、入射频率以及上下层介质的弹性常数有关的方程式．数值计算通过图形的形式表达出来,而且入射角度、频率及饱和度对振幅和能量的反射与透射系数的影响分别进行了讨论．证明了在整个波的传播过程中分界处并没有发生能量的耗散．     

基片上二元组份薄膜的定量分析的Monte Carlo模拟计算方法

本文用Monte Carlo方法对入射电子在薄膜中的散射和特征X射线的发射进行数学模型,提出了基片上二元组份薄膜成份的模拟计算方法,用这一方法模拟计算了若干个二元组份薄膜的成份,得到了与实验测定值相一致的模拟计算结果。     

X射线吸收精细结构的原子集团多重散射理论

本文以电子散射的动力学理论为基础,用一个原子集团模拟吸附表面样品,发展了用于研究近边X射线吸收精细结构的原子集团多重散射理论方法(MSC)。我们将MSC方法应用于结构已知的气相CO分子以及CO-Ni(001)表面,求得结果与LEED和光电子衍射的一致。这表明MSC可能成为分析无序吸附系统结构的新方法。     

在立方织构的Ni基带上沉积掺Ag的YBCO超导薄膜

用脉冲激光沉积法在立方织构的Ni基片上成功地外延了YBCO超导薄膜 ,其临界电流密度高达 1 .1 5MA cm² .X射线衍射分析结果表明Ni CeO₂ YSZ YBCO多层结构都是c轴取向 ,CeO₂ 和YSZ缓冲层能有效地改进薄膜织构 ;扫描电子显微镜结果表明Ni CeO₂ YSZ YBCO结构所有生长层面存在类似层状的形貌 ,而薄的一层Ag膜能有效地填充各个生长阶段由于高温下热膨胀系数不匹配形成的微裂缝 ,其结果是改进了薄膜微观结构 ,提高了临界电流密度 .     

单层富勒烯薄膜脱盐应用的分子动力学模拟研究

海水淡化是最有希望解决全球淡水资源短缺的有效方案之一，纳米技术的进步推动了各类用于水净化的纳米多孔膜的发展.理论和实验研究发现了纳米多孔石墨烯的超高水透过和盐离子拒绝率.然而精确创建、控制纳米级孔隙的大小和分布的操作难度极大地限制了纳米膜材料的实际化应用.通过分子动力学模拟发现具有均匀有序纳米孔排列准四边形结构(quasi-tetragonal phase, qTP)的单层富勒烯(C₆₀)薄膜在海水淡化方面的巨大潜力，在保证100%阻盐率的同时，与传统聚合物过滤膜相比，单层富勒烯薄膜展示出卓越的透水性.从原子尺度系统地研究了单层富勒烯薄膜结构的筛分机制，发现钠离子、氯离子与水分子相比，在穿膜运输过程中有大的能量障碍.结果表明，单层富勒烯薄膜是一种很有优势的海水淡化膜.     

金刚石膜压阻效应的理论研究

在Fuchs-Sondheimer薄膜理论（F-S理论）和修正的价带分裂模型的基础上,考虑晶格散射、杂质散射和表面散射,通过求解弛豫近似下的Boltzmann方程,利用并联电阻模型从理论上研究了p-型异质外延金刚石膜的压阻效应,给出了压阻效应的计算表达式. 从理论上得到了和实验一致的压阻效应的主要特性. 提出了应力作用下分裂带间距变化的模型,对大应力时饱和压阻的理论和实验误差给出了合理解释.     

纳米GaSb-SiO2镶嵌复合薄膜的制备及光学性质

用射频磁控溅射技术制备出纳米GaSb颗粒镶嵌在SiO2介质中的复合薄膜.透射电子显微镜观察表明, 纳米GaSb颗粒均匀地镶嵌在SiO2介质中.X射线衍射显示出GaSb (111),GaSb(220) 和GaSb(311)典型的面心立方闪锌矿结构特征.复合薄膜的室温光吸收谱表明,吸收边发生了较大的蓝移,并且,蓝移量随纳米GaSb的颗粒尺寸减小而增大.复合薄膜的室温Raman光谱表明: 薄膜的Raman散射峰较块体材料的有较大的红移和宽化.用量子限域理论和张应力效应对这些现象作了解释.     

退火Co/C软X射线多层膜中碳的TEM和Raman散射研究

用透射电子显微镜(TEM)和Raman散射(RS)研究了对向靶溅射法制备的Co/C软X射线多层膜在退火条件下碳的结构变化.结果表明,碳层的结构变化可大致分为三个阶段,即有序化,结晶以及晶粒生长阶段。在退火温度低于400℃时的有序化阶段,非晶碳层中键角无序的三配位键和四配位键转变为理想的三配位键。在结晶阶段,非晶碳层在500～600℃的退火温度下结晶成为石墨微晶。在晶粒生长阶段,样品在700℃以上温度退火,石墨微晶尺寸增大,与TEM分析结果相一致。     

C3N4硬膜的人工合成和鉴定 *

用微波等离子体化学气相沉积法 (MPCVD)在硅和铂衬底上得到高质量的C₃N₄薄膜 .计算了α-C₃N₄和β-C₃N₄单相X射线谱的峰位和强度 ,沉积膜的X射线谱具有两相的所有强峰 ,证明它是α- 和β- C₃N₄的混合物 .总的N/C比在1.0～2.0之间 .FT-IR和Raman谱支持C—N共价键的存在 .体积弹性模量达到349GPa .对薄膜特性的鉴定提出了一些看法.     

P型多晶金刚石薄膜压阻效应的研究 *

结合Mayadas-Shatzkes多晶模型 ,对硼掺杂多晶金刚石薄膜的压阻效应进行了分析和讨论 .结果认为 ,价带分裂和晶界散射的联合作用是导致P型多晶金刚石薄膜具有显著压阻效应的主要原因 .推导出考虑晶界散射时压阻因子的近似计算公式 ,计算结果与实际情况相符 .     

Cu1-xAux固溶体原子近邻结构的EXAFS研究

本文用扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)研究了Cu_1-xAu_x固溶体中Cu,Au原子近邻结构.文中分别给出了不同成分时Cu-Cu,Au-Au和Au-Cu 原子对间距,发现它们与成分有着各自不同的依赖关系.表明了Cu_1-xAu_x固溶体中结构畸变的特征.由各原子对的间距计算出的合金平均原子间距随成分的变化与X射线衍射测量的结果一致,对Vegard定律有正偏离.文中还讨论了原子近邻间距的变化对这种偏离的影响.结果也表明,Cu_1-xAu_x固溶体中Cu原子有较大的无序度.此外,文中还对EXAFS数据处理和误差分析做了仔细的考虑和一些新的尝试.