金属衬底上高质量大面积石墨烯的插层及其机制

石墨烯作为一种新型二维材料,因其优异的性质,在科学和应用领域具有非常重要的意义.而其超高的载流子迁移率、室温量子霍尔效应等,使其在信息器件领域备受关注.如何获得高质量并且与当代硅基工艺兼容的石墨烯功能器件,是未来将石墨烯应用于电子学领域的关键.近年来,研究人员发展了一种在外延石墨烯和金属衬底之间实现硅插层的技术,将金属表面外延石墨烯高质量、大面积的特点与当代硅基工艺结合起来,实现了无需转移且无损地将高质量石墨烯置于半导体之上.通过系统的实验研究并结合理论计算,揭示了插层过程包含四个主要阶段:诱导产生缺陷、异质原子插层、石墨烯自我修复和异质原子扩散成膜,并证实了这一插层机制的普适性.拉曼和角分辨光电子能谱实验结果表明,插层后的石墨烯恢复了本征特性,接近自由状态.此外,还实现了多种单质元素的插层.不同种类的原子形成不同的插层结构,从而构成了多种石墨烯/插层异质结.这为调控石墨烯的性质提供了实验基础,也展现了该插层技术的普适性.     

金属衬底上石墨烯的红外近场光学

对石墨烯/铜体系开展了系统性的近场光学实验研究,成功观测到了区别于铜衬底的、来自石墨烯的近场光学响应信号,发现在表面台阶几何参数相同的铜衬底上的不同石墨烯样品表现出了截然不同的近场光学响应.     

碳化硅衬底上外延双层石墨烯的电输运性质

石墨烯是低维材料领域研究的热点,在这一体系中研究发现了诸多新奇的量子现象,深入理解石墨烯的电输运性质对于其在未来电子学器件中的应用具有重要的意义.本文通过热分解的方法在SiC单晶衬底上获得外延的双层石墨烯,并系统研究了其电输运性质.在小磁场范围内观测到弱局域化效应,并在较大的磁场区间发现了不饱和线性磁阻.通过角度依赖的磁阻测量,发现该线性磁阻现象符合二维体系的磁输运特征.还在平行场下观测到了负磁阻效应,可能是由双层石墨烯的转角莫尔条纹导致的局部晶格起伏导致的.本文工作加深了对于外延生长的层间具有一定转角的双层石墨烯的电输运性质的认识.     

扫描电子显微镜在本科生创新实验中的应用教学探索

介绍扫描电子显微镜的样品制备方法;阐述了扫描电子显微镜在本科生创新实验中的应用价值。     

扫描电子显微镜虚拟实验的教学探索

为提升“现代仪器分析方法”课程教学质量,充分调动学生对实验仪器探索的积极性,在课堂教学过程中引入虚拟实验辅助教学模式.以扫描电子显微镜为例,针对扫描电子显微镜原理、成像分析等教学重点和难点,让学生通过虚拟实验的操作过程,熟悉仪器操作过程,加深对二次电子成像、背散射电子成像和能谱分析的理解.此过程不仅能保证学生的参与度,还能够激发学生的探索欲望.     

高分辨扫描透射电子显微镜原理及其应用

扫描透射电子显微术是目前应用最广泛的电子显微表征手段之一,具有分辨率高、对化学成分敏感和图像直观易解释等特点。其中高分辨扫描电子显微镜可以直接获得原子分辨率的Z 衬度像,结合X射线能谱(EDS)和电子能量损失谱(EELS),可在亚埃尺度上对材料的原子和电子结构进行分析。文章简述了扫描透射电子显微镜的基本原理及其应用现状,重点论述了高角环形暗场(HAADF)和环形明场(ABF)像的成像原理、特征和应用。此外,文中还对原子尺度分辨率的X射线能谱及电子能量损失谱元素分析方法进行了简述。     

扫描透射电子显微镜及电子能量损失谱的原理及应用

扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种,近几年随着球差校正器的问世,扫描透射电子显微镜的分辨率达到亚埃级,结合能量分辨率为亚电子伏特的电子能量损失谱,可以对材料进行高空间分辨率及高能量分辨率的微结构和成分分析。文章简述了扫描透射电子显微镜的发展历程和工作原理,重点讲述了高角环形暗场像的成像机理以及基于高角环形暗场像对材料结构和成分进行分析的原理和应用;电子能量损失谱的成谱过程、谱的特征及其在材料化学和电子结构分析方面的优势和主要应用。     

基于Z扫描系统的石墨烯非线性吸收特性研究

利用Z扫描系统研究了多层石墨烯非线性光学吸收特性。结果表明多层石墨烯在激光作用下具有反饱和吸收特性,且非线性折射系数为正。随着层数增大,非线性光学吸收系数减少得慢一些。基于微观尺寸效应,2～5层石墨烯的叠层方式也会影响到非线性吸收系数的值。另外,激光的强度、中心波长和脉宽等因素都会影响样品非线性光学吸收系数的结果。石墨烯具有非常优良的非线性光学特性,为其制成非线性光学器件提供了有效的实验依据。     

扫描透射电子显微镜及电子能量损失谱的原理及应用

扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种,近几年随着球差校正器的问世,扫描透射电子显微镜的分辨率达到亚埃级,结合能量分辨率为亚电子伏特的电子能量损失谱,可以对材料进行高空间分辨率及高能量分辨率的微结构和成分分析。文章简述了扫描透射电子显微镜的发展历程和工作原理,重点讲述了高角环形暗场像的成像机理以及基于高角环形暗场像对材料结构和成分进行分析的原理和应用;电子能量损失谱的成谱过程、谱的特征及其在材料化学和电子结构分析方面的优势和主要应用。     

Si面4H-SiC衬底上外延石墨烯近平衡态制备

SiC热解法是制备大面积、高质量石墨烯的理想选择之一.外延石墨烯的晶体质量仍是制约其应用的关键因素之一.本文通过SiC热解法在4H-SiC(0001)衬底上制备单层外延石墨烯.通过引入氩气惰性气氛和硅蒸气,使SiC衬底表面的Si原子升华与返回概率接近平衡,外延石墨烯生长速率大大减慢,单层石墨烯的生长时间从15 min延长至75 min.测试分析表明,生长速率减慢,外延石墨烯中缺陷减少,晶体质量提高,使得外延石墨烯的电性能都得到改善,单层外延石墨烯的最高载流子迁移率达到1200 cm2/V·s,方阻604?/.以上结果表明,控制生长气氛,减慢生长速率是实现高质量外延石墨烯的可行途径之一.     

Local thermal conductivity of polycrystalline AlN ceramics measured by scanning thermal microscopy and complementary scanning electron microscopy techniques

The local thermal conductivity of polycrystalline aluminum nitride (AlN) ceramics is measured and imaged by using a scanning thermal microscope (SThM) and complementary scanning electron microscope (SEM) based techniques at room temperature. The quantitative thermal conductivity for the AlN sample is gained by using a SThM with a spatial resolution of sub-micrometer scale through using the 3ω method. A thermal conductivity of 308 W/m·K within grains corresponding to that of high-purity single crystal AlN is obtained. The slight differences in thermal conduction between the adjacent grains are found to result from crystallographic misorientations, as demonstrated in the electron backscattered diffraction. A much lower thermal conductivity at the grain boundary is due to impurities and defects enriched in these sites, as indicated by energy dispersive X-ray spectroscopy.     

二维原子晶体的低电压扫描透射电子显微学研究

二维原子晶体材料,如石墨烯和过渡金属硫族化合物等,具有不同于其块体的独特性能,有望在二维半导体器件中得到广泛应用.晶体中的结构缺陷对材料的物理化学性能有直接的影响,因此研究结构缺陷和局域物性之间的关联是当前二维原子晶体研究中的重要内容,需要高空间分辨率的结构研究手段.由于绝大部分二维原子晶体在高能量高剂量的电子束辐照下容易发生结构损伤,利用电子显微方法对二维原子晶体缺陷的研究面临诸多挑战.低电压球差校正扫描透射电子显微(STEM)技术的发展,一个主要目标就是希望在不损伤结构的前提下对二维原子晶体的本征结构缺陷进行研究.在STEM下,多种不同的信号能够被同步采集,包括原子序数衬度高分辨像和电子能量损失谱等,是表征二维原子晶体缺陷的有力工具,不但能对材料的本征结构进行单原子尺度的成像和能谱分析,还能记录材料结构的动态变化.通过调节电子束加速电压和电子辐照剂量,扫描透射电子显微镜也可以作为电子刻蚀二维原子晶体材料的平台,用于加工新型纳米结构以及探索新型二维原子晶体的原位制备.本综述主要以本课题组在石墨烯和二维过渡金属硫族化合物体系的研究为例,介绍低电压扫描透射电子显微学在二维原子晶体材料研究中的实际应用.     

DG型电子加速器自校正扫描系统的研制

为了提高DG型电子加速器束流扫描均匀度、解决束流中心偏移、提升束流引出效率,开发了一种既可实现X,Y两相互垂直方向均匀扫描又可以实现束流中心自动对中调节的扫描系统。介绍了扫描磁铁及其电源参数的选取依据,阐述了将扫描磁铁和束流校正线圈进行整体式设计的扫描系统扫描电流成形方式及自动对中电路信号调制过程,包括为提高加速器运行安全性而设计的连锁保护信号。产业化现场使用事实已证明,该系统设计完全达到了设计要求,具有优良的扫描均匀度和长时间工作稳定可靠性。     

单层FeSe薄膜/氧化物界面高温超导

单层FeSe/SrTiO₃界面增强超导的发现为理解高温超导机理提供了一个新的途径,也为实现新的高温超导体开拓了新思路.本文通过在SrTiO₃（001）表面高温沉积Mg进而沉积单层FeSe薄膜,制备出了FeSe/MgO双层/SrTiO₃异质结.利用扫描隧道显微镜研究了异质结的电学及超导特性,观测到约14–15 meV的超导能隙,比体相FeSe超导能隙值增大了5–6倍,与K掺杂双层FeSe/SrTiO₃的超导能隙值相当.这一结果可理解为能带弯曲造成的界面电荷转移和界面处电声耦合共同作用导致的超导增强.FeSe/MgO界面是继FeSe/TiO₂之后的一个新界面超导体系,为研究界面高温超导机理提供了新载体.     

Dopant profiling in silicon nanowires measured by scanning capacitance microscopy

Silicon nanowires (SiNWs) with axial doping junctions were synthesized via the Au‐catalyzed vapor–liquid–solid growth method with the use of HCl. In this work, dopant profiling from three axially doped SiNWs with p–i, p–n and n–i–p junctions were investigated using both scanning electron microscopy (SEM) and scanning capacitance microscopy (SCM). It turns out that observed doping contrasts in SEM are also affected by the surface roughness and sample charging. In contrast, SCM allows us to delineate with sub‐10 nm resolution the electrical junctions and provides a relative value of the doping concentration in each segment of the NW. SCM clearly evidences the expected doping regions within these SiNWs thanks to the addition of HCl during the growth that strongly prevents shell overgrowth. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

扫描力显微术在高聚物薄膜玻璃化转变研究中的应用

简述了高聚物薄膜玻璃化转变的复杂性，并结合文章作者的的一些研究结果介绍了扫描力显微术(SFM)在研究高聚物玻璃化转变中的一些方法，包括观察高聚物薄膜形貌的变化，测量其摩擦力、粘附力和弹性模量等物理量的变化，最后指出SFM是研究高聚物薄膜玻璃化转变的有力工具。     

DG型电子加速器自校正扫描系统的研制

为了提高DG型电子加速器束流扫描均匀度、解决束流中心偏移、提升束流引出效率,开发了一种既可实现X,Y两相互垂直方向均匀扫描又可以实现束流中心自动对中调节的扫描系统。介绍了扫描磁铁及其电源参数的选取依据,阐述了将扫描磁铁和束流校正线圈进行整体式设计的扫描系统扫描电流成形方式及自动对中电路信号调制过程,包括为提高加速器运行安全性而设计的连锁保护信号。产业化现场使用事实已证明,该系统设计完全达到了设计要求,具有优良的扫描均匀度和长时间工作稳定可靠性。     

Secondary electron emission characteristics of graphene films with copper substrate

For modern and future circular accelerators, especially high-intensity proton synchrotrons or colliders, the electron cloud effect is a key issue. So, in order to reduce the electron cloud effect, exploring very low secondary electron yield (SEY) material or coating used in vacuum tubes becomes necessary. In this article, we studied the SEY characteristics of graphene films with different thicknesses which were deposited on copper substrates using chemical vapor deposition. The SEY tests were done at temperatures of 25℃ and vacuum pressure of (2-6)×10^-9 torr. The properties of the deposited graphene films were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy. The SEY curves show that the number of graphene layers has a great effect on the SEY of graphene films. The maximum SEY of graphene films decreases with the increase of the number of layers. The maximum SEY of 6-8 layers of graphene film is 1.25. These results have a great significance for next-generation particle accelerators.