新实验技术在材料研究中的应用讲座 第四讲 电子通道效应及其应用

一、引 言 电子通道效应是扫描电镜中的一项重要物理现象,它的发现进一步扩大了扫描电镜在材料科学和金属物理中的应用. 对电子与晶体相互作用的研究表明,入射电子被晶体的散射几率是同它相对于(hkl)晶面的入射角有关.在某些入射方向下,电子被散射的几率较大(相当于禁道),而在另一些入射方向下,电子被散射的几率较小(相当于通道),这种现象称为电子通道效应. 在扫描电镜中,应用电子通道效应所产生的花样和显微象称为电子通道花样和通道显微象.由于上述花样和显微象能反映晶体的位向、晶体的表面状态以及晶体的不完整性,因此,它在材料科学和金…     

在扫描电子显微镜中所观察到钨的奇异花样

当钨试样倾斜到不同位向以记录一系列电子通道花样时,在<111>方向,<001>方向和<011>方向的准确位置下,观察到一些奇异花样叠加在电子通道花样上。这些奇异花样颇类似于在透射电子显微镜中所观察到的Kossel花样。这种花样具有两个重要性质:(1)花样的强度分布是随着电子能量(电子的加速电压)而改变;(2)花样的几何形貌可以用来描述晶体内部结构的一些特征。最后,从异常散射效应和晶格位与入射电子间相互作用强度a的观点,定性地解释了这种花样的衬度效应来源。 关键词：     

立方晶系两套晶列,晶面指数的转换

晶列和昌面的指数与坐标系的选择有关.以布喇菲晶胞基矢为坐标系时,晶面密勒指数记为(hkl)[1],立方晶系的晶列指数记为[hkl];以初基原胞基矢为坐标系时,晶面指数记为(h1h2h3),而晶列指数记为[l1l2l3][2].坐标系不同,同一晶面族的晶面指数和密勒指数一股都不相同.晶列的情况也是如此.本文仅就体心立方和面心立方点阵的两套指数的转换关系加以讨论. 体心立方和面心立方的晶胞基矢a,b,c与初基原胞基矢a1,a2和a3的习惯选取方法如图1所示.山图1不难求出两套丛矢间的转换关系. 对于体心立方点阵, 对于面心立方点阵, 倒格基矢的转换也有类似的结果,…     

应变Si电子电导有效质量模型

采用K·P微扰法建立了应变Si导带能谷由纵、横向有效质量表征的E-k关系,并在此基础上,研究分析了(001),(101),(111)晶面应变Si电子的电导有效质量与应力、能谷分裂能及晶向的关系.结果表明,弛豫Si_1-xGe_x材料(001)面生长的应变Si沿[100],[010]晶向的电子电导有效质量和弛豫Si_1-xGe_x材料(101)面生长的应变Si 关键词： 应变Si K·P法 电导有效质量     

ZnO/GaN核壳异质结电子结构和光学特性第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理方法计算了ZnO/GaN核壳异质结的电子结构和光学特性.计算结果表明:[10 10]和[11 20]晶面的异质结在带隙边缘价带顶和导带底的电子态密度各自主要由氮原子和锌原子贡献.以[10 10]晶面为侧面的异质结结构的介电函数虚部(ε₂)的曲线具有相似的特征,都是价带的氮原子到导带锌原子的跃迁,但峰位依赖于核层数和壳层数的不同而有所偏移.相对地,以[11 20]晶面为侧面的结构,其ε₂的曲线与[10 10]晶面的情况有着很大的差别,其出现了一个由镓原子与氮原子之间的跃迁形成的峰.因此,可以通过控制异质结的晶面来实现对其光学特性的调控.这种新型异质结将在发光器件、光电太阳能电池、生物探测等方面具有一定的应用价值.     

单晶CeB_6发射性能及磁电阻各向异性研究

采用X射线劳厄定向法对单晶CeB_6的(110),(111),(210)和(310)晶面进行了定向.系统研究了不同晶面热发射性能及磁场对电阻率的影响规律.结果表明,当阴极温度为1873 K时(110),(111),(210)和(310)晶面最大发射电流密度分别为38.4,11.54,50.4和20.8 A/cm~2,表现出了发射性能的"各向异性".RichardsonDushman公式计算逸出功结果表明,上述晶面中(210)晶面具有最低的逸出功,为2.4 eV.从实际应用来看,该晶面有望替代商业化的钨灯丝成为新一代的场发射阴极材料.磁电阻率测量结果显示,当晶体从[001]方向旋转至[011]方向时电阻率从73μ?·cm变化至69μ?·cm,表明电阻率在磁场中沿不同方向同样具有"各向异性"的特点.     

八面体的各晶面的夹角不是90°

编辑同志:文献[1]在讲述晶面角守恒时,对于岩盐晶体画出了图1所示的几种常见外形(在不同条件下,食盐结晶可有不同的形状):立方体、八面体和立方八面混合体.并指出晶面ａ、ｂ之间,ｂ、ｃ之间和ａ、ｃ之间的夹角总是90°.文献[2]也指出,不管外形是立方体、八面体、还是立方和八面混合体各晶面夹角都是90°.但由图可以直接看出八面体的各晶面之间的夹角不是(不可能是)90°.八面体中的晶面之间的夹角以及混合体中与八面体相应的那些晶面(图1(ｃ)中未标字母的那些面)之间的夹角相等,但不等于90°.实际上,八面体中的晶面ａ、ｂ之间和ｂ、ｃ之间的…     

单轴应变Si(001)任意晶向电子电导有效质量模型

单轴应变Si材料电子电导有效质量是理解其电子迁移率增强的关键因素之一, 对其深入研究具有重要的理论意义和实用价值. 本文从Schrödinger方程出发, 将应力场考虑进来, 建立了单轴应变Si材料导带E-k解析模型. 并在此基础上, 最终建立了单轴应变Si(001)任意晶向电子电导率有效质量与应力强度和应力类型的关系模型. 本文的研究结果表明: 1) 单轴应力致电子迁移率增强的应力类型应选择张应力. 2) 单轴张应力情况下, 仅从电子电导有效质量角度考虑, [110]/(001)晶向与[100]/(001)晶向均可. 但考虑到态密度有效质量的因素, 应选择[110]/(001)晶向. 3) 沿(001)晶面上[110]晶向施加单轴张应力时, 若想进一步提高电子迁移率, 应选取[100]晶向为器件沟道方向. 以上结论可为应变Si nMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供重要理论依据. 关键词： 单轴应变 E-k关系')" href="#">E-k关系 电导有效质量     

自动对光成象的模拟实验

高中物理教材给出薄凸透镜成象规律是 1/u+1/v=1/f (1)此式称为高斯公式,其几何关系如图1所示。     

(100)Si基应变p型金属氧化物半导体[110]晶向电导率有效质量双椭球模型

利用应变技术和沟道晶向工程技术,均可有效增强Si基金属氧化物半导体器件的性能.本文提出了(100)Si p型金属氧化物半导体(PMOS)[110]晶向电导率有效质量双椭球模型,从理论上解释了Si PMOS[100]晶向沟道空穴迁移率为[110]晶向沟道空穴迁移率1.15倍的原因.基于(100)Si基应变PMOS反型层E-k关系,拓展应用该模型,首先获得了(100)Si基应变PMOS反型层价带第一子带等能图,然后给出了(100)Si基应变PMOS器件反型层[110]晶向空穴电导率有效质量模型.本文的模型方案合理可行,可为Si基应变PMOS器件的研究与设计提供有价值的参考.     

单轴[110]应力硅电子迁移率

基于k·p微扰法研究单轴[110]应力作用下硅的导带结构,获得单轴[110]应力硅的导带底能量及电子有效质量.在此基础上,考虑电子谷间、谷内及电离杂质散射,采用弛豫时间近似计算单轴[110]应力硅沿不同晶向的电子迁移率.结果表明：单轴[110]应力作用下硅的电子迁移率具有明显的各向异性.在[001]、[110]及[110]输运晶向中,张应力作用下电子沿[110]晶向输运时迁移率有较大的增强,由未受应力时的1 450 cm²·Vs^-1提高到2 GPa应力作用下的2 500 cm²·Vs^-1.迁移率增强的主要原因是电子有效质量的减小,而应力作用下硅导带能谷分裂导致的谷间散射几率的减小对电子迁移率的影响并不显著.     

金属钨电子逸出功的实验测定与第一性原理计算

金属电子逸出功的测定，等效于对电子势能的测定，其对于了解微观原子结构，特别是修正相关原子结构理论和计算方法有较为重要的意义^[1]。逸出功实验过程巧妙结合金属钨晶胞各个能级之间的关系，灵活利用线性拟合特性简化数据关系，在近代物理实验的学习中有着指导性作用。由于不同实验者所测的逸出功之间存在差异，可以合理猜测逸出功的值与实验所用金属钨的晶面有关。因此基于第一性原理，也可直接对不同晶面的金属钨电子逸出功进行理论计算。将实验操作和第一性原理计算所得的金属电子逸出功进行对比，直观地分析不同晶面对金属电子逸出功的影响，为物理实验的学习提供新的思路和方式。     

C轴LiNbO_3晶体中的旋转孪晶

晶体中的孪晶,按其孪生对称元素一般分为反映和旋转孪晶两类.在LiNbO3晶体中,多数孪晶是反映孪晶. 本文所述的LiNbO3孪晶与常见的孪晶不同。它是从固-液同成分配方熔体中沿C轴方向提拉的.新晶是在原晶脊的晶面开始成核,沿着该晶面延伸发育,并与C轴斜交贯穿晶体(见图1). 这种少见孪晶的孪生对称元素是什么?它究竟属于哪类孪晶?我们采用X射线背射劳厄法和腐蚀法.对这些问题进行了比较详细的分析与讨论. 一、实 验 沿垂直拉晶方向将孪晶棒平行切割成三块晶片(图1中的α,β.γ), 每片都有原晶和新晶两部分。并分别用互和立表示.在各片I部分…     

新实验技术在材料研究中的应用讲座 第十一讲 Auger谱仪和扫描Auger谱仪在材料研究中的应用

七十年代初发展起来的微区分析新技术──Auger谱仪(AES)及扫描Auger 谱仪(SAM)在材料研究中的应用愈来愈受到人们的重视. 长期以来,Auger效应[1]未能找到实际应用.直至1953年才由Lander[2]提出了可在超高真空中测量Auger电子,这种电子由于能保持来自表面层的特征能量信息而可用作表面分析.1968年,Harris[3]用电子能量微分法提高了灵敏度;1969年 Palmberg 等[4]利用镜筒分析器(CMA)提高了灵敏度及测量速度后,Auger 电子能谱实际应用的阶段才真正开始.1973年出现了扫描Auger微探针(SAM),为微区分析技术开创了崭新的局面[5,6]. 目前,…     

基于择优掺杂取向研究Y掺杂量对ZnTe电子结构和吸收光谱的影响

Zn Te由于其特有的禁带宽度,光学性质以及可重掺杂等特性,使得众多学者对其进行了系列的相关研究,但关于Y掺杂浓度和掺杂方式对Zn Te性质的影响却鲜有报道.作者采用密度泛函理论框架下的广义梯度近似方法,分别计算了Y在掺杂浓度为1.56at%、3.12at%、4.69at%下Zn Te的几何结构、能带结构、态密度分布、吸收光谱等性质,以及不同掺杂方式对体系的影响.结果表明:在掺杂浓度为3.12at%,掺杂方式不相同时,掺杂原子沿[111]晶向排布的形成能最低,即[111]晶向为择优晶向.当掺杂浓度为4.69at%时,择优晶面为(111)面.若要实现更高浓度的Y掺杂,沿(111)晶面掺杂更容易实现.对于实验而言,更高浓度的Y掺杂,掺杂原子在Zn Te体系中更容易沿(111)晶面进行集中排列. Y掺杂Zn Te后,体系的禁带宽度变大,吸收光谱发生蓝移,对可见光的吸收强度减小.在浓度为3.12at%时禁带宽度最大,蓝移现象最明显,吸收强度最小. Y掺杂后体系变为n型半导体,可以使用这种掺杂方式制作P-N结二极管．     

面心立方晶体高次孪晶化为一次旋转对称关系

根据孪生几何与旋转矩阵对应关系以及旋转操作归并定理,总可以将高次孪晶的多次孪生操作化为一次旋转操作。本文计算了面心立方晶体一至五次孪晶化为一次旋转操作的旋转轴[uvw]和旋转角φ,并给出适用于计算机自动分析高次孪晶电子衍射图的计算步骤。 关键词：     

H2O分子在Fe(100), Fe(110), Fe(111)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H2O分子在Fe(100),Fe(110),Fe(111)三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H2O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H2O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H2O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H2O分子与Fe(111)晶面的相互作用最强,其次是Fe(100),相互作用最弱的是Fe(110)表面,而这与晶面原子的排列密度相关.吸附体系的电子结构计算结果也得出了相似的结论.同时电荷布居分析表明,H2O分子与Fe表面相互作用时,O原子与基底原子之间的电荷交换使基底Fe原子表面带负电,导致表面电位降低,也促使Fe表面更易于发生电化学腐蚀反应.     

用改进嵌入原子法计算Cu晶体的表面能

用改进嵌入原子法(MEAM)计算了Cu晶体12个晶面的表面能.结果表明，密排面(111)的表面能最小.其他晶面的表面能随其晶面与(111)晶面夹角的增加而增加，据此可以粗略地估计各晶面表面能的相对大小.给出的几何结构因子的确定方法及结果可以直接用于计算其他面心立方晶体的表面能及其他特性.在Cu,Ag等面心立方薄膜中出现(111)择优取向或织构的机理是表面能的最小化. 关键词： 改进嵌入原子法 铜 表面能 计算     

tetracene分子在Ru(100)表面的吸附结构及其电子态研究

利用紫外光电子能谱(UPS)、角分辨紫外光电子能谱(ARUPS)和扫描隧道显微镜(STM)等方法研究了tetracene分子在Ru(100)表面上吸附的电子态,吸附位置和吸附取向.UPS实验显示,与tetracene分子有关的光电子谱峰在费米能级以下2.1,3.5,4.8,6.0,7.1和9.2eV处;ARUPS结果表明,tetracene分子的分子平面基本平行于衬底表面;从STM图像中可以看到tetracene分子的长轴沿[0001]和[1■10]两个晶向.基于密度泛函理论的从头算计算证实了上述结论.当分子长轴沿[0001]晶向时,分子中心位置在衬底表面的“短桥位”上,当分子长轴沿[1210]晶向时,分子中心位置在衬底表面的“四原子中心空位”上.     

碱金属s-电子的热质量

一、引 言 金属中电子-电子相互作用与电子-声子相互作用所引起的多体效应的理论工作已有进展.D.F.Dubols[1]曾详细讨论凝聚电子气体的相互作用效应,但只有r2<2的情况才合理收敛.T.M.Rice[2] 等曾讨论中间密度(1相似文献