高分辨电子显微学与电子衍射相结合的图像处理方法

介绍了一种测定晶体结构的图像处理技术，它基于高分辨电子显微学与电子电子衍射的结合。中给出了其方法的示意图。     

高分辨电子显微学的拓荒者——缅怀李方华先生

2020年的春节格外沉重。突如其来的新冠病毒疫情威胁,导致我们关停了实验室,停止了大部分的正常工作。就在这个除夕夜我们悲痛地失去了一位良师益友、杰出的晶体物理学家——李方华先生。李先生在电子衍射和电子显微图像处理领域深耕数十年,是中国单晶体电子衍射结构分析的开创者、建立和发展高分辨电子显微学的代表人物。     

侧向外延生长六方相GaN中堆垛层错的同步辐射表征

本文采用低温光致发光谱研究了蓝宝石(0001)衬底上MOCVD侧向外延生长的六方相GaN中的堆垛层错, 并使用同步辐射XRD方法研究了该堆垛层错以及立方相和六方相GaN的相对取向.     

AlSb/GaAs(001)失配位错的高分辨电子显微学研究

用200kV六硼化镧光源的高分辨透射电子显微镜观察了AlSb/GaAs(001)外延薄膜的失配位错,结合解卷处理方法把[110]高分辨电子显微像转换为试样的结构投影图,其分辨率接近电子显微镜的信息极限.根据赝弱相位物体近似像衬理论,通过分析AlSb薄膜完整区解卷像的衬度随试样厚度的变化,确定了哑铃原子对中Al和Sb原子的位置.在此基础上构建出失配位错的结构模型,再结合模拟像与实验像的匹配,确定了AlAs型界面以及Lomer和60°两类失配全位错的核心结构.     

直接法应用于蛋白质二维晶体的电子晶体学图像处理

试把直接法应用于抗生蛋白链菌素(streptavidin)沿［001］方向投影的模拟像和相应的理论结构因子作图像处理.先用两张高分辨电子显微像作直接法解卷,以互补因衬度传递函数的作用而损失的结构信息,求得的欠焦值比用单张像解卷的结果更接近真实值.把从结构模型计算出的030nm以内的相位,以及025nm以内的振幅作为起始数据,进行直接法相位外 推,并借助团簇分析方法得到030nm至025nm之间的相位.所得分辨率为030nm的解卷像 和分辨率为025nm的晶体结构投影均与理论结构模型的相应投影电 关键词： 高分辨电子显微学 直接法 图像处理     

Mg+注入对GaN晶体辐射损伤的研究

在蓝宝石衬底上通过金属有机物化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)方法外延生长的GaN薄膜具有良好的结晶品质，χ_min达到2.00%. 结合卢瑟福背散射/沟道(Rutherford backscattering/channeling，RBS/C)和高分辨X射线衍射(high-resolution X-ray diffraction，HXRD)的实验测量，研究了不同剂量和不同角度Mg⁺注入GaN所造成的辐射损伤. 实验结果表明，随注入剂量的增大，晶体的辐射损伤也增大，注入剂量在1×10¹⁵atom/cm²以下，χ_min小于4.78%，1×10¹⁶atom/cm²是Mg⁺注入GaN的剂量阈值，超过这个阈值，结晶品质急剧变差，χ_min达到29.5%；随机注入比沟道注入的辐射损伤大，且在一定范围内随注入角度的增大，损伤也增大，在4×10¹⁵atom/cm²剂量下偏离〈0001〉沟道0°，4°，6°，9°时的χ_min(%)分别为6.28，8.46，10.06，10.85；经过700℃/10min+1050℃/20s两步退火和1000℃/30s高温快速退火后，晶体的辐射损伤都有一定程度的恢复，而且1000℃/30s高温快速退火的效果更好，晶体的辐射损伤可以得到更好的恢复. 关键词： GaN 卢瑟福被散射/沟道 高分辨X射线衍射 辐射损伤     

使用AlN/GaN超晶格势垒层生长高Al组分AlGaN/GaN HEMT结构

在蓝宝石衬底上生长了以AlN/GaN超晶格准AlGaN合金作为势垒的HEMT结构材料,并与传统AlGaN合金势垒样品进行了对比.在高Al组分(≥40%)情况下,超晶格势垒样品的表面形貌明显改进,电学性能特别是2DEG面电子浓度也有所改进.对超晶格势垒生长参数进行了初步优化,使得HEMT结构薄层电阻进一步降低,最后获得了251 Ω/□的薄层电阻. 关键词： AlGaN/GaN 结构 AlN/GaN超晶格 二维电子气 高电子迁移率晶体管     

Nd—Ba—Cu—O高温超导体的高分辨电子显微术研究

用电子衍射和高分辨电子显微术研究了Nd-Ba-Cu-O高温超导体,主相属正交晶系,具有畸变钙钛矿亚结构的三倍超结构,晶胞参数为a=3.84,b=3.87,c=11.7,样品中存在大量的缺陷,用点阵象技术观察到刃位错,反向畴,并借助结构象确定了NdBa_2Cu_3O_(-)的结构模型。在不同成象条件下,高分辨电子显微象上或者重原子为白点,或者氧原子为白点,当成象条件适当时,可以在象上区分氧原子和氧空位。     

非旋转对称像差下不同离焦电子显微像的叠加改善传递函数

本文提出用不同离焦的高分辨电子显微像光学方法叠加,改善带有非旋转对称像差的电子显微像相位衬度传递的数.使叠加后传递函数在全场区域同相位,并使传递函数的零值由另一传递函数的峰值填补,改善了电子显微像的像质.     

一种非连续纳米氧化层自旋阀的显微结构研究

利用高分辨电子显微学方法(HREM)研究了纳米氧化层镜面反射自旋阀多层结构Ta(35nm)Ni80Fe20(2nm)Ir17Mn83(6nm)Co90Fe10(15nm)NOL1Co90Fe10(2nm)Cu(22nm)Co90Fe10(15nm)NOL2Ta(3nm).该自旋阀的巨磁电阻(GMR)效应高达15%,较无此镜面反射纳米氧化层(NOL)的自旋阀提高近1倍,同时交换偏置场亦有所增强.高分辨显微结构分析表明,介于钉扎层与被钉扎层之间的氧化层(NOL1)并未完全氧化,即除氧化过程生成的CoFe氧化物 关键词： 自旋阀 纳米氧化层 高分辨电子显微学 巨磁电阻效应     

Vertical electron transport study in GaN/AlN/GaN heterostructures

In this work, we investigate the electronic structure and vertical electron transport through GaN/AlN/GaN single-barrier structures with different AlN thickness, grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy. Conductive and capacitive characterization has been performed, and the experimental results are interpreted by comparison with 1D self-consistent simulations. Capacitive measurements reveal a complete depletion of the top GaN layer, and the formation of a two-dimensional electron gas at the bottom interface of the AlN barrier, even for barrier thicknesses of 0.5 nm (2 monolayers of AlN). Conductive atomic force microscopy reveals discrete leakage current locations with a density of 10⁷ cm⁻², more than one order of magnitude lower than the dislocation density in these samples. These results are promising for the fabrication of resonant tunnelling diodes using the GaN/AlN material system.     

基于YOLOv3框架的高分辨电镜图像原子峰位置检测

高分辨电镜图像中原子峰位置的检测具有十分重要的现实意义,通过精确定量化原子峰位置可以分析物质在微观尺度上的结构形变、电极化矢量分布等重要信息.近年来深度学习技术在图像目标检测领域取得了巨大突破,这一技术可用在高分辨电镜图像处理上,因为原子位置的检测可以看作是一个目标检测问题.本文利用先进的机器学习方法,通过制作高质量原...     

Neutron irradiation effects on AlGaN/GaN high electron mobility transistors

AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) were exposed to 1 MeV neutron irradiation at a neutron fluence of 1 × 10¹⁵ cm^-2. The dc characteristics of the devices, such as the drain saturation current and the maximum transconductance, decreased after neutron irradiation. The gate leakage currents increased obviously after neutron irradiation. However, the rf characteristics, such as the cut-off frequency and the maximum frequency, were hardly affected by neutron irradiation. The AlGaN/GaN heterojunctions have been employed for the better understanding of the degradation mechanism. It is shown in the Hall measurements and capacitance-voltage tests that the mobility and concentration of two-dimensional electron gas (2DEG) decreased after neutron irradiation. There was no evidence of the full-width at half-maximum of X-ray diffraction (XRD) rocking curve changing after irradiation, so the dislocation was not influenced by neutron irradiation. It is concluded that the point defects induced in AlGaN and GaN by neutron irradiation are the dominant mechanisms responsible for performance degradations of AlGaN/GaN HEMT devices.     

Neutron irradiation effects on A1GaN//GaN high electron mobility transistors

AlGaN/GaN high electron mobility transistors(HEMTs) were exposed to 1 MeV neutron irradiation at a neutron fluence of 1 × 10 15 cm 2.The dc characteristics of the devices,such as the drain saturation current and the maximum transconductance,decreased after neutron irradiation.The gate leakage currents increased obviously after neutron irradiation.However,the rf characteristics,such as the cut-off frequency and the maximum frequency,were hardly affected by neutron irradiation.The AlGaN/GaN heterojunctions have been employed for the better understanding of the degradation mechanism.It is shown in the Hall measurements and capacitance-voltage tests that the mobility and concentration of two-dimensional electron gas(2DEG) decreased after neutron irradiation.There was no evidence of the full-width at half-maximum of X-ray diffraction(XRD) rocking curve changing after irradiation,so the dislocation was not influenced by neutron irradiation.It is concluded that the point defects induced in AlGaN and GaN by neutron irradiation are the dominant mechanisms responsible for performance degradations of AlGaN/GaN HEMT devices.     

测定微小晶体结构的电子晶体学图像处理技术

介绍了2005年国家自然科学奖二等奖获奖项目“微小晶体结构测定的电子晶体学研究”，研究目的是建立一种借助高分辨电子显微像测定晶体结构的新方法．为此提出了高分辨电子显微学与衍射晶体学相结合的思想，在实现此思想的过程中，研究了像衬的规律，得出实用的像衬公式和理论，阐明了不同种类原子像衬与晶体厚度的关系，而且用理论指导实验，观察到晶体中锂原子的像衬，以此理论为依据，把衍射晶体学中的多种分析方法特包是直接法引入到高分辨电子显微学中，建立了一套全新的电子晶体学图像处理技术，开发了相应的可视化专用软件包，并应用于测定多个未知晶体结构．文中逐一介绍了研究工作全过程的关键问题和研究结果。     

测定微小晶体结构的电子晶体学图像处理技术

介绍了2005年国家自然科学奖二等奖获奖项目“微小晶体结构测定的电子晶体学研究”.研究目的是建立一种借助高分辨电子显微像测定晶体结构的新方法.为此提出了高分辨电子显微学与衍射晶体学相结合的思想,在实现此思想的过程中,研究了像衬的规律,得出实用的像衬公式和理论,阐明了不同种类原子像衬与晶体厚度的关系,而且用理论指导实验,观察到晶体中锂原子的像衬.以此理论为依据,把衍射晶体学中的多种分析方法特包是直接法引入到高分辨电子显微学中,建立了一套全新的电子晶体学图像处理技术,开发了相应的可视化专用软件包,并应用于测定多个未知晶体结构.文中逐一介绍了研究工作全过程的关键问题和研究结果.     

Holes drilling in gold and silver decahedral nanoparticles by the convergent beam electron diffraction electron beam

The 200?kV focused electron beam in the convergent beam electron diffraction patterns mode in a transmission electron microscope (TEM) with field emission gun is able to drill holes in gold and silver decahedral nanoparticles. However, although they are done under the same circumstances, the holes are shapeless in the silver and faceted in gold nanoparticles. In addition to this, the holes are closed during their high-resolution TEM observation in both materials. To comment their differences, displacement energy considerations are taken into account as function of the sputtering energy in order to modify the displacement cross-section of the processes.     

N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟

通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,较系统地研究了GaN沟道层、AlGaN背势垒层、Si掺杂和AlN插入层对N极性GaN/AlGaN异质结中二维电子气(2DEG)的影响,分析表明,GaN沟道层厚度、AlGaN背势垒层厚度及Al组分变大都能一定程度上提高二维电子气面密度,AlGaN背势垒层的厚度和Al组分变大也可提高二维电子气限阈性,且不同的Si掺杂形式对二维电子气的影响也有差异,而AlN插入层在提高器件二维电子气面密度、限阈性等方面表现都较为突出,在模拟中GaN沟道层厚度小于5nm时无法形成二维电子气,超过20nm后二维电子气面密度趋于饱和,而AlGaN背势垒厚度超过40nm后二维电子气也有饱和趋势,对均匀掺杂和delta掺杂而言AlGaN背势垒层Si掺杂浓度超过5×10~(19)cm~(-3)后2DEG面密度开始饱和,而厚度为2nmAlN插入层的引入会使2DEG面密度从无AlN插入层时的0.93×10~(13)cm~(-2)提高到1.17×10~(13)cm~(-2)。