STM在微细加工中的应用

 已提出的各种可能机理有束流引起的化学反应,高电流密度使表面局部区域内原子加热导致的局部原子的蒸发、熔化、再结晶等,有些结构可能是由于污染物或针尖材料在表面上的沉淀而产生的.当样品表面有覆层或处于特定的气体或液体氛围下时,用STM仍可在其上产生各种细微结构,其主要方法可分为两类,其一是电子束光刻,其二是电子束辅助淀积和刻蚀,以下分别进行讨论。     

强流脉冲电子束辐照诱发纯钼表面的损伤效应及结构缺陷

利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对纯钼表面进行辐照处理,并利用X射线衍射仪,扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）详细分析了辐照表面的微观结构和损伤效应. 1次HCPEB辐照后,纯钼表层积聚了极大的残余应力,多次辐照后表面未融化区域出现大量绝热剪切带,且局部区域发生开裂. 微观结构分析显示,辐照后材料表面形成发散状的位错组态和大量空位簇缺陷;绝热剪切带内部是尺寸为1 μm 左右等轴状的再结晶晶粒. 剪切带造成的材料表面局部软化以及间隙原子偏聚于晶界是材料发生开裂的主要原因. 另外,表面熔化区域可形成尺寸为20 nm左右的纳米晶. 关键词： 强流脉冲电子束 纯钼 绝热剪切带 空位簇缺陷     

回流离子源特征分析

强流电子束轰击在辐射转换靶上可产生正离子. 这些离子在电子束空间电荷场作用下回流，对电子束聚焦会有影响，从而可能改变焦斑大小，影响X光机的照相分辨率. 离子种类、离子流的大小是很关注的参量. 本文分析了回流离子来源及其特征，认为回流离子以靶表面杂质热释放后被电子束直接电离生成的离子为主，离子发射受空间电荷限制而非受源限制.     

FeS2(100)表面原子几何与电子结构的理论研究

采用密度泛函理论研究了FeS2(100)表面原子几何与电子结构.理论计算结果表明:FeS2(100)表面无弛豫、无重构,是体相原子几何的自然终止.与体相电子结构相比,FeS2(100)表面电子特性明显不同,禁带中央产生新的表面态,且表面态局域性强,主要由Fe原子的3d分波贡献.配位场理论定性分析表明:FeS2(100)完整晶面表面态产生机制是Fe原子的配位数减少、局部对称性下降所致 关键词： 密度泛函理论 表面电子结构 FeS2     

单层表面分析方法──低能离子散射和静态二次离子质谱

固体材料的表面特性,例如电子或离子的表面发射或表面吸收,分子的表面吸附,以及表面化学反应等。取决于材料的表面层。特别是最外原子层的组成和结构.自六十年代末期以来,研究表面组成和结构的方法已获得迅速发展[1].这些方法的信息深度范围一般为1—10个原子层,其中低能离子散射和静态二次离子质谱可用于单层表面分析.这两种方法都是用离子束来探测表面的.和用电子束入射的情形类似,用离子束入射时也能引起四种类型的粒子发射:离子散射和二次离子发射;中性粒子溅射;电子发射和光子发射.这些发射原理已构成多种表面的研究方法,见图1.在这些…     

电子束沿多层膜表面运动时产生的电磁辐射

电子束沿多层膜表面运动时会产生自发辐射。分析自发辐射的精确波长公式、自发辐射中电子束品质的变化规律和电子自发辐射的功率后得出:电子束沿金属-介质多层膜表面运动时产生自发辐射,电子束内各种速度的电子数都按指数规律变化,实际电子束自发辐射的总辐射功率与金属-介质多层膜的空间周期成反比。     

Cs/C(0001)-(2×2)表面结构分析低能电子衍射动力学计算

采用背散射微扰(RSP)、重整化前向散射(RFS)等低能电子衍射(LEED)动力学计算法,计算了Cs/C(0001)-2×2表面的各种可能模型的I-V曲线。将这些曲线与实验曲线拟合,用可靠性因子在这一百多条I-V曲线中搜寻最佳结构。结果排除了Cs原子插入石墨层中和吸附在碳原子顶位的可能。该表面的最可能结构为Cs原子吸附在石墨面上芯位,Cs原子层与C原子层的层间距为2.80?,衬底石墨的结构与其体结构相同。 关键词：     

无机磷光体阴极射线发光的最佳效率

电子束激发下磷光体发光的最大可能效率,首先取决于经由碰撞而产生自由电子-空穴对,或自由载流子-离化的激活剂对,或受激而未离化的激活剂原子所需的平均激发能量。我们把这种能量表达为带隙能量Eg的倍数(倍数因子记为α)。对各种磷光体所测得的α值,因基质材料及激活剂不同而分布在一宽广的范围内。在若干例子中,与半导体的自由电子-载流子倍增收集实验中所观察到的值α≈3有很大的偏离。     

表面电子能量损失谱

表而电子能量损失谱是表面分析实验技术中较新的一种.这一方法是用具有高度单色性的低能电子束作为入射粒子束,来测量经晶体样品表面散射后的电子的能谱.在入射电子(设其能量为E0)被样品背向散射到真空中去的过程中,有可能激发起若干量子能量分别为 等的振动模,因而在散射谱中会出现能量分别为E1=E0- …等的一系列损失峰.这些振动模或者仅与衬底原子有关(如声子激发),或者同时与吸附在表面上的原子或分子有关.因此,通过对谱的分析可以得到关于表面结构、吸附物种类和吸附位置等许多重要信息. 在表面电子能量损失谱中所用的入射电子的动能…     

6H-SiC(0001)表面graphene逐层生长的分子动力学研究

利用经典分子动力学方法和模拟退火技术分析研究了6H-ＳiC（0001）表面graphene的逐层生长过程及其形貌结构特点．研究表明,经过高温蒸发表面硅原子后,6H-ＳiC（0001）表面的碳原子能够通过自组织过程生成稳定的局部单原子层graphene结构．这种过程类似于6H-ＳiC（0001）表面graphene的形成,其生长和结构形貌演化主要取决于退火温度和表面碳原子的覆盖程度． 研究发现,当退火温度高于1400K时,6H-ＳiC（0001）表面碳原子能形成局部的单原子层graphene结构．这一转变温 关键词： graphene 碳化硅 分子动力学     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO₂)体相及 其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明，t-HfO₂(001)表面不会 产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO₂(001)表面态密度明显高于体相态 密度.其次，表面原子的态密度更靠近费米能级(E_F)，价带往低能量处移动，并 有表面态产生.计算结果表明了t-HfO₂表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO₂(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位 数减少，表面原子周围的环境发生变化而引起的. 关键词： 密度泛函理论 2(001)')" href="#">t-HfO₂(001) 表面电子结构     

锐钛矿型TiO2(101)面本征点缺陷的理论研究

采用平面波超软赝势方法计算了锐钛矿型TiO2(101)面存在本征空位和间隙点缺陷的几何结构以及缺陷形成能.首先分析了点缺陷对表面结构的影响,发现不同类型缺陷导致缺陷周围原子有不同的位移趋势:O空位的产生导致空位周围的Ti原子向空位外移动,Ti1.和Ti2空位的产生均使OI自发地与周围的O原子团聚,OI原子易被周围的氧原子吸附而成键,而Ti2缺陷几乎对晶格结构没有产生影响.对TiO2(101)面上可能出现的几种点缺陷的形成能进行了计算,结果表明:在还原性气氛下,虽然Tii2和VOI缺陷均容易出现,但Tii2缺陷的形成能比VOI缺陷更低;而在氧化性气氛下,表面的OI和VTil缺陷较容易出现.最后,为了比较各种缺陷结构的稳定性,还计算了几种典型表面缺陷的形成焓.     

表面化学吸附层的结构相变

表面结构相变是研究表面结构变化的规律,特别是研究表面吸附层或淀积层的结构随着表面吸附覆盖度的变化以及随着表面温度或随着时间而发生变化的规律.由于这些相变与吸附质和衬底的性质有关,特别是与吸附原子的相互作用的范围和程度有着非常密切的关系,因此研究吸附层结构相变,对于了解吸附系统的热力学性质和表面结构有序度的运动学变化规律是非常重要的.化学吸附层相变的研究,对催化机理的基本物化研究和外延生长优质单晶薄膜与异质结等应用的研究有重要意义. 在单晶表面的化学吸附中,如果吸附原子之间的相互作用能小于吸附原子与衬底原子…     

数字寻址的平板式阴极射线管

美国近年研制一种平板结构的阴极射线管,以数字寻址的电子束显示,叫“Digis-play”其结构示意于下图。由平面阴极板产生的电子通过视频调制板(或栅极),以视频信号调制电子束流,又通过多层开关板,每块板上有排成阵列的小孔作为电子通     

四角晶相HfO2(001)表面原子和电子结构研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究了四角晶相二氧化铪(t-HfO2)体相及其(001)表面的原子几何与电子结构.理论计算结果表明,t-HfO2(001)表面不会产生重构现象.与体相电子结构相比, t-HfO2(001)表面态密度明显高于体相态密度.其次,表面原子的态密度更靠近费米能级(EF),价带往低能量处移动,并有表面态产生.计算结果表明了t-HfO2表面禁带宽度明显低于体相的禁带宽度. t-HfO2(001)的表面态产生以及表面禁带宽度减小是由于Hf原子与O原子的配位数减少,表面原子周围的环境发生变化而引起的.     

电子束激发原子对金属蒸发的影响

在原子蒸气激光同位素分离工程(AVLIS)中,金属受电子束的加热而熔化,并向真空蒸发,蒸气原子通过电子束的过程中,可能与电子发生非弹性碰撞,被激发到高能级.在膨胀的过程中,高能级的原子通过与原子的非弹性碰撞消激发,将原子内的电子能量转换为蒸气的平动能.为了分析电子束与原子作用对蒸气的密度、速度和温度等物理特性的影响,采样直接模拟蒙特卡罗法(DSMC)模拟钆原子蒸发过程.模拟结果表明,电子束与原子的作用使得原子蒸气的速度增加,密度减小,温度升高 关键词： 金属蒸发 AVLIS DSMC 电子枪     

用集团运动的观点来研究回流离子问题

建立在单粒子运动学基础上的回流离子理论预测: 强流电子束轰击在 辐射转换靶上可能产生正离子. 这些离子在电子束空间电荷场作用下 回流, 会造成电子束过聚焦, 改变焦斑大小, 从而影响X光机的照相分辨率. 然而大量的实验没有发现相关的现象. 本文分析认为, 电子束 打靶时, 在靶表面可能会形成离子鞘层过渡区. 该区域可以抵消束流空间 电荷场对回流离子的驱动作用, 因此, 回流离子可能以等离子体集团扩散的 方式运动. 这种物理图像得到的结论是离子对聚焦的影响可忽略, 和已有的 实验结果相吻合.     

强流脉冲电子束作用下20钢的微观结构状态

 为了研究金属材料的超快变形行为,利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对20钢进行轰击,采用X射线衍射、光学显微镜及透射电镜等技术分析了受轰击样品的变形组织与结构。实验结果表明,强流脉冲电子束能够在材料表层诱发幅值为1 GPa量级的应力,快速的加热和冷却过程在近表层诱发了强烈的塑性变形,并在材料表层内形成了复杂的位错缠结结构和位错胞结构,同时还伴随位错圈等空位簇缺陷的形成,多次轰击导致局部区域形成纳米和非晶结构。HCPBE轰击诱发的幅值极大的应力和极高的应变速率而导致的整个原子平面的位移可能是非晶结构形成的关键原因。     

Si(111)7×7结构模型的稳定性研究

本文基于有相互作用的结构件的概念,对Si(111)7×7结构模型的稳定性进行研究。利用紧束缚法,计算了各种结构件的形成能及其相互作用能。由这些结构件可灵活地构成各种大单胞的表面结构并对其进行总能计算,而避免了大工作量的计算。对Si(111)5×5和7×7DAS模型,我们得到其表面能分别为-0.467eV和-0.477eV,与Qian和Chadi的结果很接近。并指出,Harrison提出的7×7吸附原子模型和Binnig等人提出的7×7吸附原子-空位模型都是不稳定的。     

局部塑性变形下铁基金属玻璃的致密化和非均匀性增强

本文研究了经局部塑性变形后, Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃在原子尺度上的结构演变及其对合金显微硬度的影响.借助砂纸作为传力的媒介,充分放大了作用于带材表面上的等效压力,发生塑性变形后合金表面产生了大量的剪切带.基于倒空间和实空间的同步辐射X射线衍射分析,在塑性变形后,合金结构的致密度增大,过剩自由体积被排出,并由此揭示了Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃在短程及中程尺度上原子协同重排行为.结合高分辨透射电子显微镜观察的结果, Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃在发生塑性变形后,结构不均匀的程度将会加剧.此外,不同于单轴加载下金属玻璃的加工软化, Fe₇₈Si₉B₁₃金属玻璃在发生局部塑性变形后,维氏硬度增大,表现出局部的加工硬化行为.从自由体积的角度看,合金表面的大量剪切带可能是由于剪切带影响区域的重叠和交叉发生相互作用,并加速原子迁移,...