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.     

立方相GaN/GaAs(100)质量的X射线双晶衍射研究

利用DCXRD(X射线双晶衍射 ) ,PL谱 (光荧光 )和SEM (扫描电子显微镜 ) ,对在GaAs( 1 0 0 )衬底上用低压MOCVD方法生长的立方相GaN进行了深入研究 ,发现GaN的晶体质量和光学性质良好 .其X射线双晶衍射摇摆曲线 (Rockingcurve) ( 0 0 2 )衍射的FWHM(半峰宽 )为 40min ,其PL谱的FWHM为 1 2nm ,实现了高晶体质量和高光学质量的一致性 .这也是首次报道 1 5 μm以上立方相GaN外延膜光荧光的发光情况 .同时还用X射线三轴晶衍射估算了薄膜内应变和晶粒尺寸 .     

计入衍射几何因子和多重性因子的立方GaN相含量的测定

以回摆法衍射峰的积分强度为基础,提出了X射线衍射分析单晶体时的多重性因子和衍射几何因子的概念,推导出普遍适用的相含量计算公式.利用双晶X射线多功能四圆衍射仪测绘GaN/GaAs(001)外延层中立方相（002）面、{111}面和六角相{100}面的极图和倒易空间Mapping,分析了六角相和立方相微孪晶的各晶面在极图中的分布特征及计算相含量时的多重性因子和衍射几何因子,并根据立方相(002)、立方相微孪晶{111}、六角相{101}和{100}衍射峰的积分强度,求得外延层中立方相微孪晶和六角相的含量.     

GaN横向外延中晶面倾斜的形成机制

采用双晶X射线衍射(DC-XRD)研究蓝宝石(0001)衬底上横向外延GaN层中晶面倾斜的形成原因. 发现横向生长区的GaN在垂直掩模方向上朝SiN_x掩模层弯曲. 采用选择性腐蚀逐渐去掉SiN_x掩模层, 发现XRD中GaN(0002)w扫描衍射峰两侧存在与晶面倾斜有关的衍射信息. 该衍射信息起初为一个很宽的峰, 随着选择性腐蚀的进行, 会先分裂为两个峰, 最后当SiN_x掩模层全部腐蚀掉后, 其中一个衍射峰会消失, 而只剩下一个很窄的峰. 作者证实造成横向外延GaN 中晶面倾斜的原因有两个: 一是由于GaN与掩模层之间界面应力造成的弹性非均匀应变; 另一个是由于GaN中穿透位错的90°转向造成的塑性形变.     

InGaAs/InP异质结界面层的应变研究

采用液态的叔丁基砷（tertiarybularsine,TBAs）和叔丁基磷 (tertiarybulphosphine,TBP）为源材料,用有机金属气相外延（metalorganic vapor phase epitaxy,MOVPE）生长了与InP衬底晶格匹配的InGaAs/InP超晶格. 高精度X射线衍射的结果表明,在InGaAs与InP单异质结界面处,存在一个压应变的界面层. 可利用相同的界面模型来模拟InGaAs/InP超晶格的X射线衍射实验结果. 该结果表明,TBAs吹扫InP表面对界面应变产生很大的影响.为此提出了一种新的界面气体转换顺序来控制InGaAs/InP超晶格的界面应变,它先把Ⅲ族源转入反应室,以此来降低TBAs对InP表面的影响,由此得到的超晶格的平均应变减小,光致发光的峰值能量出现蓝移.     

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.     

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。     

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。     

Si(001)衬底上APCVD生长3C-SiC薄膜的微孪晶及含量

利用X射线双晶多功能四圆衍射仪,对在Si(001)衬底上使用常压化学气相方法(APCVD)生长的3C-SiC进行了微孪晶的分析.Φ扫描证明了3C-SiC外延生长于Si衬底上,生长的取向关系为：(001)_3C-SiC//(001)_Si,［111］_3C-SiC//［111］_Si.3C-SiC的{111}极图在χ=15.8°出现了新的衍射,采用六角相{10^{1010}晶面的极图以及孪晶SiC(002)的倒易空间Mapping分析了χ=15.8°处产生的衍射为3C-SiC的孪晶所致,并利用ω扫描估算了孪晶的含量约为1%.     

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 .     

气体原子对多层膜X射线反射特性的影响

多层膜中气体原子能够增加入射 X射线散射, 减低多层膜衍射反射率. 当薄膜有气体原子存在时, 通常用平均散射因子代替本体材料散射因子计算薄膜的光学常数. 这样的处理方法是非常简单的, 鉴于此, 提出了一新方法研究气体原子对薄膜X射线反射特性的影响. 理论分析表明: 气体原子对薄膜反射特性的影响与掠入射角度、波长有关. 波长越短和掠入射角度越大, 气体原子的影响就越大, 反之就越小. 实验结果证明理论分析是正确的.     

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 .     

YBa2Cu3O7超薄膜生长机制的原子力显微镜研究

在有40nm厚的PrBa₂Cu₃O₇过渡层的(100)SrTiO₃基片上生长了YBa₂Cu₃O₇超薄膜,典型的厚度为2,6,10个原胞层.X射线衍射表明薄膜取向都是C轴垂直于膜面.原子力显微镜观察发现YBa₂Cu₃O₇超薄膜具有层状和螺旋两种生长模式,并且在6个原胞层的生长阶段观察到螺旋位错,而类似的生长特征并没有出现在PrBa₂Cu₃O₇过渡层中.实验结果表明,在 10个原胞层范围内,薄膜的超导转变温度和临界电流密度对厚度有很强的依赖关系.     

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.     

La0.5Sr0.5CoO3薄膜的外延生长及其电性能的研究 *

系统研究了在LaAlO₃ ,SrTiO₃ 和MgO衬底上、在不同的温度条件下利用脉冲激光法制备的La_0.5Sr_0.5CoO₃薄膜的外延生长和电输运特性 ,测定了薄膜的电阻 温度关系 .研究表明薄膜的电输运性质对其外延结构具有密切的依赖性 ,外延生长的薄膜具有低的电阻率和金属性导电特征 ;在LaAlO3 衬底上在700℃左右外延生长的薄膜具有最佳的性能 ;探讨了这一薄膜的外延生长与其电输运性能的关系及其机理 .     

立方相GaN外延层的表面起伏和高密度孪晶与六角相

利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)技术研究了低压金属有机化学气相淀积(LP-MOCVD)的立方相GaN/GaAs(001)外延层的表面起伏特征,及其与外延层极性和内部六角相、立方相微孪晶之间的联系.结果表明外延表面存在有大量沿方向延伸的条带状台阶,而表面起伏处对应着高密度的六角相或立方相微孪晶,在表面平整的区域内其密度则较低.{111}_Ga和{111}_N面上形成六角相和微孪晶概率的明显差异是导致外延层表面台阶状起伏特征的根本原因.     

X射线衍射对Bragg定律的偏离及双晶衍射的边缘效应

文中给出了完整单晶X射线衍射对Bragg定律偏离的更精确的表达式,由此式自然地得到了X射线在晶体表面全反射的临界角,其与光学上由折射率导出的结果完全一致。当X射线以充分小的掠射角射在单晶表面并同时射在与表面相交的侧面时,双晶(n,—n)排列摇摆曲线将出现两个峰,峰间距可用来测定晶体单胞电子数。     

分子束外延生长多层异质结构的离子沟道研究

本文用分子束外延方法(MBE)先在Si(111)方向上生长CaF₂薄膜,再在CaF₂层上外延淀积一定厚度的Si或Ge膜,形成Si/CaFa/Si(111)或Ge/CaF₂/Si(111)等异质多层结构,然后用Rutherford背散射和离子沟道方法分析薄膜生长特性,发现在CaF_2薄膜上淀积的Si层是由两种类型的微晶构成的,其方向分别与衬底Si方向相同或与衬底表面垂直方向转180°,表明最上层的Si膜(或Ge膜)可能是A型和B型两种取向的混合。在Si/CaF₂/Si(111)结构中,各个沟道的最小产额均比CaF₂/Si(111)的情形高许多,因为最上层的Si膜是A型和B型两种取向混合且为李生的。CaF₂<110>(<114>)非法向轴相对于衬底Si<114>(<110>)轴的偏离表明CaF₂界面区域存在应力。当CaF₂/Si(111)上外延生长Ge薄膜时,同时存在上述A和B两种取向类型微晶的混合,但以B成份为主,因此,仍然形成质量很好的Ge/CaF₂/Si(111)多层异质结构.但是,由于Ge和CaF₂之间晶格常数失配量要比Si和CaF₂之间大得多,所以,Ge和CaF₂界面处的Ge区域内存在着相当严重的无序。     

外延生长YBa2Cu3O7-x超导薄膜的TEM和SEM研究

本文利用高分辨率透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对高J_c外延生长YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜的微观结构进行了观察分析.研究发现,薄膜外延程度的好坏与生长工艺和衬底表面的完整性有直接的关系.实验结果表明(100)SrTiO₃单晶衬底上外延生长YBa₂Cu₃O_7-x超导薄膜中影响临界电流密度J_c的因素主要有界面过渡区、缺陷和不同的外延取代等.     

BaTiO3/SrTiO3超晶格的激光分子束外延生长与二阶光学非线性研究

使用激光分子束外延,在SrTiO3 (100)单晶衬底上成功生长了一系列c轴取向的,具有原子量级控制精度的BaTiO3/SrTiO3超晶格. 利用晶格失配导致的薄膜表面台阶密度的周期性变化,讨论了反射式高能电子衍射(RHEED)强度在BaTiO3层和SrTiO3层中的周期性调制. 系统研究了二阶非线性光学极化率同超晶格结构的关系. 实验测量和理论拟合结果表明,BaTiO3/SrTiO3超晶格的二阶非线性光学极化率显著增强,其最大值比BaTiO3体单晶提高一个数量级以上. 从应力导致的晶格畸变和极化增强出发,讨论了二阶光学非线性增强的物理机制.