分子束外延

1.前言 “分子束外延”是最近才出现的一种新技术。是由贝尔实验室发明的一种在高真空中外延生长半导体晶体的新方法(主要是Ⅲ一Ⅴ族的GaAs,GaP)。最初见于J.R.Arthur等人1969年发表的“用分子束淀积法外延生长GaAs,GaP,GaAs_xP_(1-x)薄膜的论文。它是在高真空中,使组成化合物的两至三种元素的“分子束”喷射到衬底晶体上,生长出该化合物半导体单晶薄膜。 分子束外延法与气相、液相外延方法不同,它是在高真空中即最纯条件下生长晶体。因而是研究晶体生长机理,确定晶体生     

中性束注入器低温真空系统运行参数调节研究

采用大抽速低温泵作为中性束注入器(Neutral Beam Injector,NBI)真空系统的主抽泵已成为当前NBI发展的趋势,为确保NBI低温真空系统的真空性能满足运行要求,需研究其运行参数调节的依据与措施.根据全超导托卡马克核聚变实验装置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST)的NBI对真空性能的要求,确定了液氮、液氦管路出口合适的运行温度和压强范围.分析液氮和液氦管路出口压强改变的原因,设计出维持该运行条件而必须采取的调节措施,得出了压强改变原因判断及解决流程图,并利用该流程图进行了实验验证.结果 表明,对液氮管道出口压强和温度改变的原因分析正确,设计相应的解决流程合理可行.     

反射式高能电子衍射实时监控的分子束外延生长GaAs晶体衬底温度校准及表面相变的研究

以反射式高能电子衍射(RHEED)作为实时监测工具,根据GaAs(100)表面重构相与衬底温度、As₄等效束流压强之间的关系,对分子束外延(MBE)系统中衬底测温系统进行了校准,这种方法也适用于其他的MBE系统.为生长高质量的外延薄膜材料、研究InGaAs表面粗糙化及相变等过程提供了实验依据. 关键词： 分子束外延 反射式高能电子衍射 表面重构 温度校准     

分子束外延

分子束外延是七十年代初在真空蒸发外延的基础上发展起来的一种新的外延技术.它是把要蒸发的外延物质,放在喷射炉中,在10-10托以上超高真空的喷射室内加热,使物质蒸发.蒸气分子从喷射炉的小孔射出,成为分子束,直接在保持有一定温度的衬底上淀积(见图1). 从分子一个一个地粘附在衬底表面形成外延淀积这一点来看,分子束外延与真空蒸发外延本质上相同.但普通真空蒸发系统的真空度为10-6托左右,系统内残留的气体分子有相当一部分会掺入到外延层.因此,要求有较高的淀积速度,以免残留气体严重掺入.分子束外延在10-10托以上的超高真空下进行,除统内…     

用束-箔方法测量原子、分子激发态寿命

迄今,关于原子、分子和离子激发态寿命的资料。主要是从实验得到. 原子、分子寿命的测量方法主要分为四类:延迟复合法;束-箔法;能级交叉法和相位移动法.一般地说。它们对技术的要求都很高。测量都较困难.在这方面。束-箔法显示出了它的独特优越性,它能将时间分辨转换成空间分辨,技术上易于实现。 一、束-箔光谱方法 束-箔光谱是六十年代以后发展起来的[1],迄今已有几十种元素(从氢到铀)的原子、离子寿命用束-箔方法进行了测量. 束-箔装置如图1所示,一束高速运动的离子穿过一个极薄的箔,由于“束”与“箔”的相互作用,使束中离子失去更多的电…     

使用斯塔克诱导的绝热拉曼通道技术实现D2分子的高效相干布居转移

使用斯塔克诱导的绝热拉曼通道技术,成功地将分子束中的D₂分子从(v=0, J=0)转移至(v=1, J=0). 激发效率达到了75%.该技术将为交叉分子束和分子束-表面散射实验研究氢分子的振动激发对化学反应的影响提供一个独特的工具.     

C60分子在Si（111）-7×7表面分子束外延生长的STM研究

在超高真空中采用分子束外延(molecular beam epitaxial)技术进行C₆₀分子在硅（111）-7×7表面的生长,并利用扫描隧道显微镜进行原位研究.室温下,相对于无层错半胞（unfaulted half unit cell）,C₆₀更易于吸附在有层错半胞（faulted half unit cell）.表面台阶处的电子悬挂键密度最高,通过控制温度和时间进行退火处理后,C₆₀分子会向着台阶的方向扩散并聚集.测量分子在不同吸附位 关键词： 60分子')" href="#">C₆₀分子 分子束外延 Si(111)-7×7 超高真空扫描隧道显微镜     

二氧化钛薄膜表面甲醇吸附的和频振动光谱

自行搭建了用于研究表面光催化的宽带红外和频振动光谱并可以原位紫外光激发的装置. 利用自制的结构紧凑小巧的高真空样品池,可以在10 kPa氧气氛围下经原位紫外光照除掉 射频磁控溅射制备的二氧化钛薄膜表面的有机污染物. 通过在室温下改变甲醇气压和指认吸附在薄膜表面的甲醇的和频振动光谱,发现薄膜表面有两种吸附的甲醇,分子形式吸附的甲醇(CH₃OH)和解离吸附的甲醇(CH₃O). 当甲醇的覆盖度由低变高时,分子形式吸附的甲醇的CH₃的对称伸缩振动和费米共振峰红移了6～8 cm^-1. 真空下,薄膜表面的甲氧基和表面的氢原子可以重新结合并以甲醇分子的形式脱附. 研究表明二氧化钛薄膜体系存在两个平衡：气相甲醇和表面吸附的甲醇分子之间,以及表面吸附的甲醇分子和甲氧基之间.     

中国环流器二号A(HL-2A)超声分子束注入最新结果

HL-2A装置电子回旋共振加热时,氘脉冲超声分子束穿越分界面,等离子体各项重要参数,包括等离子体储能、极向比压、中平面线平均密度、中心密度和温度上升,中子产额急剧增加. 超声分子束注入有可能较常规脉冲送气在台基顶部提供较强的粒子源,被认为是可供ITER替换脉冲送气的加料方法之一. HL-2A装置氢超声分子束注入的平均速度约为1.7km,与溢流(分子流)注入真空的速度测量作了比较. 关键词： 超声分子束注入 托卡马克 飞行时间法 加料     

以慢原子束方式进行原子转移的双磁光阱系统

建立了一套用于玻色-爱因斯坦凝聚实验的铷原子双磁光阱装置.从低速强源中获得慢原子束，向超高真空磁光阱进行原子转移.低速强源磁光阱与超高真空磁光阱之间可维持3个量级的压强差,超高真空磁光阱的真空度最高可达1×10^-9 Pa. 慢原子束的束流通量达1×10⁹/s. 约4×10⁸个⁸⁷Rb原子被装载到超高真空磁光阱中.还讨论了两种典型情况下磁光阱中装载的最大原子数.     

表面增强拉曼与催化双功能材料研究与应用

表面增强拉曼散射(SERS)是吸附在纳米材料表面分子的拉曼信号被极大增强的现象,而纳米材料由于其量子效应具有优异的催化功能。协同复合材料的催化与SERS活性,在原位-动态环境条件下,研究催化剂本身及其表面的分子转化催化过程,间接超灵敏检测小分子、重金属离子、生物分子等对于催化体系研究具有重要的意义。最近构筑了一系列SERS-催化集成体系,并利用SERS技术研究了其催化机制与应用。     

锰的硅化物薄膜在Si(100)-2×1表面生长的STM研究

锰的硅化物在微电子器件、自旋电子学器件等领域具有良好的应用前景, 了解锰的硅化物薄膜在硅表面的生长规律是其走向实际应用的关键步骤之一. 本文采用分子束外延方法在Si(100)-2× 1表面沉积了约4个原子层的锰薄膜, 并利用超高真空扫描隧道显微镜研究了该薄膜与硅衬底之间在250-750℃范围内的固相反应情况. 室温下沉积在硅衬底表面的锰原子与衬底不发生反应, 薄膜由无序的锰团簇构成; 当退火温度高于290℃时, 锰原子与衬底开始发生反应, 生成外形不规则的枝晶状锰硅化物和富锰的三维小岛; 325℃时, 衬     

HT-6托卡马克装置上的质谱诊断

用质谱方法研究受控实验中的杂质,已证明是一种有效的诊断手段。在ST[1],TFR[2]等托卡马克装置上都进行过大量的质谱测量,探测装置的真空特性、杂质输运以及放电过程的化学反应.在我所建造的HT-6托卡马克装置上,也进行了质谱研究.我们分析了轻杂质的种类和清洁手段的效果,提出了识别真空油脂和机械泵油污染的方法,并且测量了分子泵的返油. 一、实验条件和仪器 装置的真空系统见图1.真空室及管道均由不锈钢制成,总容积约为350升,内表面积约4×10～4厘米～2.经去油、酸洗和电抛光处理,内表面呈镜面.极限真空为1.7×10～(-7)托.工作泵为抽口…     

分子束外延

分子束外延(MBE)一词原来是用来称呼某些化合物特别是砷化镓(GaAs)的外延薄层的真空淀积(外延层晶体的取向和它在上面波尔的衬底的取向匹配).然而,现在MBE包括半导体、绝缘体或金属薄膜在超高真空(UHV)中的淀积.它促成了一种重要的器件制造工艺,并且已变成一种为基础研究制备表面和界面的重要技术。 MBE的主要优点是:(1)过程发生在十分清洁的真空情况下,把表面和界面的玷污缩至最小的程度.(2)生长速率非常低,并且衬底温度较低,允许界面呈突变形式,相互扩散可减至最低程度.(3)MBE过程是和广泛的现代表面分析技术相适应的,这些技术能在…     

中国科学院表面物理实验室完成分子束外延设备配套工作

中国科学院表面物理实验室于1987年4月引进了英国VG公司的“特殊超高真空设备”.由中国科学院物理研究所和中国科学院表面物理实验室组成的配套研制组,在此设备的基础上,设计、加工了被禁运的快门,分子束炉和生长设备的计算机控制系统等三项配套装置,建立了分子束外延设备.该系统于19 87年7月正式投入运行,并在 1988年 6月开始了计算机控制系统的联机运行.二年来,在该设备上共进行了材料生长实验500余次.实践证明,分子束炉、快门和计算机控制系统都达到了设计要求.该设备生长出来的材料质量稳定,性能良好、1987年10月以后生长的调制掺杂 G…     

分子束外延

对于新器件的需要推动了半导体材料的研究。这种器件能够改进系统的性能。新的材料工艺能产生新器件和新技术。分子速外延(M.B.E)是一种比较新的薄膜生长技术,它是从阿瑟早先对热原子和分子束与固体表面相瓦作用的质镜研究发展起来的。高质量半导体薄膜是在超高真空系统中要求的原子和分子束投射到热的晶体衬底上生长的。这     

Rh(111)表面NO分子对多层膜的原子结构

利用第一性原理研究了NO分子对[(NO)_2]分子链、分子单层膜,Rh(111)表面上的(NO)_2分子单层膜和多层膜的原子结构.(NO)_2分子单体在虚拟Rh(111)表面自组装成两个稳定的分子链,(NO)_2分子平行有序排列,氧原子和氮原子都呈现(100)和(111)结构.在虚拟Rh(111)-(1×3~(1/2))上,1.00 ML(molecular layer)覆盖度时,(NO)_2分子自组装成两个稳定的分子单层膜(M1和M2),分子膜M1中N-N键与衬底的夹角为70°-90°;分子膜M2中N-N键平行衬底.在M2/Rh(111)中,(NO)_2分子可吸附于顶位、fcc空心位和hcp空心位,通过电荷转移可解释两个空心位的稳定性强于顶位.Rh(111)表面(NO)_2分子多层膜系统中,(NO)_2分子垂直吸附于两个空心位,第一层是分子膜M2,N-N键平行于衬底,第二层及以上都是分子膜M1,N-N键与衬底夹角为70°-90°,分子膜真空层为0.31 nm±0.02 nm.     

2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩在Cu(100)上的吸附生长以及能级结构演化

结合紫外光电子能谱(UPS),X射线光电子能谱(XPS),原子力显微镜(AFM)和掠入射X射线衍射谱(GIXRD)等实验手段,系统研究了2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩在Cu(100)基底上的吸附、生长过程以及界面能级结构.发现第一层的分子平躺吸附于Cu(100)上形成稳定的物理吸附.随膜厚增加,分子取向转为直立于薄膜平面,生长模式转为岛状生长模式.分子取向的变化导致膜厚大于16A的薄膜的能级结构发生变化.直立取向的分子在表面形成由内向外的电偶极层,引起真空能级下降,功函数降低;而轨道电离的各向异性使得分子从平躺到直立时UPS得到的分子最高占据轨道(HOMO)峰型发生变化,且HOMO起始边向深结合能端移动整体上随着膜厚的增加,真空能级向下弯曲,HOMO下移,电离能则先减小后增大下移的能带结构利于电子从界面向表面的迁移以及空穴从表面向界面的迁移.     

基于脉冲电压STM的单原子识别预研究装置

建立起一套工作于真空环境下的基于脉冲电压扫描隧道显微镜(STM)的单原子识别预研究装置.该装王主要由脉冲发生器、真空系统和STM系统三部分组成,能够在5×10-5Pa的真空环境下进行快脉冲STM实验.利用此装置,进行了单个快脉冲诱导的石墨表面超大周期结构的脉冲实验以及脉冲偏压不破坏STM针尖和样品表面的阈值实验.     

High-Resolution Infrared-Vacuum Ultraviolet Photoion and Pulsed Field Ionization-Photoelectron Methods for Spectroscopic Studies of Neutrals and Cations

扫描单模红外光参量振荡(IR-OPO)激光器的波长激发待测分子,并用固定波长的真空紫外(VUV)激光器光电离(PI)探测被红外激发的分子,可获得高灵敏度的中性多原子分子的高分辨红外光谱. 这种方法(IR-VUV-PI)基于真空紫外光电离作为探测,可分辨样品中的不同成分,因此适用于对含同位素,自由基,络合物等通常为非纯的样品进行红外光谱研究. 高分辨的IR-VUV-PI谱可实现对分子单一振转态的选择,在选态的基础上进行真空紫外脉冲场电离零动能光电子谱(VUV-PFI-PE)的研究,可得到高分辨振转解析的光电子谱.被研究的分子包括一卤代甲烷(CH3X(X=Br,I)),乙烯(C2H4),丙炔(C3H4)等. 实验表明,采用高分辨的单模红外光参量振荡器代替先前使用的低分辨红外光参量振荡器可显著的提高IR-VUV-PI和IR-VUV-PFI-PE谱的信噪比. 并进一步讨论了采用IR,VUV,分子束三束同轴以提高IR-VUV-PI和IR-VUV-PFI-PE谱灵敏度的方案.