超高真空中SrTiO3薄膜同质外延生长的过程研究

在超高真空下利用激光分子束外延(LMBE)方法基于SrTiO3(100)单晶基片同质外延SrTiO3薄膜.通过反射式高能电子衍射(RHEED)对生长过程进行原位监测,发现对基片的预热处理明显有利于改善其晶面结构,当在其上同质外延SrTiO3薄膜时,容易实现单晶层状生长模式,并得到原子级平整度的铁电薄膜.     

PLZT（28／0／100）薄膜的溶胶—凝胶制备技术及显微结构

用溶胶—凝胶技术及回旋法,在石英玻璃和单晶si基片上制备PLZT(28/0/100)多晶薄膜;在SrTiO3和α-A12O3单晶基片上外延生长择优取向薄膜.其外延关系分别为(100)PLZT(28/0/100)//(100)SrTiO3和(100)PLZT(28/0/100)//(0001)Al2O3.用IR,XRD.RHEED,SEM和SIMS分析凝胶中杂质、凝胶的分子结构和薄膜的显微结构.结果表明,用溶胶—凝胶技术能制备出显微结构良好的多组份陶瓷薄膜.     

脉冲激光沉积制备立方AlN薄膜的研究

采用脉冲激光沉积(PLD)方法,在SrTiO3(100)衬底上在650℃、10Pa N2条件下成功制备了立方结构的AlN薄膜.高能电子衍射(RHEED)及X射线衍射(XRD)分析表明立方AlN和SrTiO3的外延关系为AlN[100]∥SrTiO3[100]和AlN(200)∥SrTiO3(100).其AlN(200)衍射峰的摇摆曲线半高宽(FWHM)为0.44°,说明薄膜结晶性能良好.原子力显微镜(AFM)表明外延的立方AlN薄膜表面具有原子级平整度,其表面均方根粗糙度(RMS)为0.674nm.通过X光电子能谱(XPS)分析AlN薄膜表面成分,结果表明AlN薄膜表面没有被氧化.     

异质外延MgO/SrTiO3薄膜中界面应力研究

本文利用激光分子束外延(LMBE)技术在SrTiO3(100)单晶基片上外延生长MgO薄膜，同时又在MgO(100)单晶基片上外延生长SiO3(STO)薄膜。通过反射高能电子衍射(RHEED)仪原位实时监测薄膜生长，研究薄膜的生长过程。并结合X射线衍射(XRD)仪来分析在不同的生长条件下，不同应力对薄膜外延生长的影响。在压应力情况下，MgO薄膜在STO基片上以单个晶胞叠层的方式生长，即以“Cubicon Cubic”方式进行外延；在张应力情况下，由于膜内位错较多，STO薄膜在MgO基片上以晶胞镶嵌的方式进行生长，即以“Mosaic”结构进行外延；提高生长温度，可以减少膜内位错，提高外延质量，使STO薄膜在MgO基片上以较好的层状方式外延生长。     

BST类铁电薄膜的最低晶化温度和自装生长研究

利用激光分子束外延技术(LMBE)在Si(111)、SrTiO3(100)单晶基片上在(10-5pa)高真空环境中外延生长SrTiO3(STO)、BaTiO3(BTO)、Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)铁电薄膜.通过反射高能电子衍射(RHEED)实时监测薄膜生长,并结合原子力显微镜(AFM)分析薄膜的生长模式.根据RHEED衍射强度振荡曲线及衍射图样的变化确定动态和静态最低晶化温度,发现STO、BTO、BST三种铁电薄膜可以分别在280℃、330℃、340℃的低温下实现外延层状生长.当保持BTO(110)/Si(111)层状生长,逐渐降低沉积速率时,发现这种层状模式中每层高度是由整数倍单胞堆积而成,并且随着沉积速率从0.017nm/s降低到0.005nm/s时,每层高度由9降低到1个BTO单胞构成,这对由ABO3钙钛矿材料自组装形成纳米结构具有重要意义.     

LaAlO3/BaTiO3超晶格薄膜的生长及结构分析

采用激光脉冲分子束外延技术,在(100)取向的SrTiO3 单晶基片上成功外延生长了LaAlO3/Ba TiO3 超晶格薄膜。在超晶格薄膜生长过程中,采用高能电子衍射技术(RHEED)对LaAlO3/BaTiO3 超晶格薄膜的生长过程以及平面晶格变化进行了分析。通过对超晶格薄膜中各层RHEED衍射条纹的分析计算发现超晶格薄膜存在一个临界厚度,其值约为 17nm,当超晶格薄膜的厚度小于该临界厚度时,晶格畸变在逐渐增加,当厚度超过该临界厚度时,晶格畸变因弛豫现象的产生而逐渐减小。超晶格薄膜中不同层的RHEED衍射条纹的差别说明了由于不同应力的作用使超晶格薄膜中LAO层和BTO层表面粗糙度不同。     

LaAlO3/BaTiO3/SrTiO3三色超晶格的RHEED原位监测

采用激光脉冲分子束外延技术，在（100）取向的STO单晶基片上成功外延生长了LaAlO3／BaTiO3／SrTiO3超晶格。在超晶格薄膜生长过程中采用反射高能电子衍射（RHEED）对LaAlO3／BaTiO3／SrTiO3超晶格的生长过程进行了分析。通过对超晶格中各层RHEED图像分析，发现由于各层面内晶格失配的不同，超晶格各层生长特性有所区别。借助原子力显微镜（AFM）对超晶格表面形貌进行了表征，表明制备的超晶格具有原子级平整的表面。     

钙钛矿型氧化物SrTiO3/BaTiO3多层膜的激光分子束外延生长研究

用激光分子束外延技术在SrTiO3(001)衬底上外延生长SrTiO3/BaTiO3多层膜,通过反射式高能电子衍射(RHEED)原位实时监测并结合原子力显微镜(AFM),研究了不同基片温度下所生长薄膜的表面平整度,利用X射线衍射(XRD)对外延薄膜进行了结构分析,结果表明薄膜具有二维生长模式,在基片温度为380～470℃之间生长的薄膜具有原子级光滑,并且具有完全C轴取向.同时运用X射线光电子能谱(XPS)研究了薄膜界面的互扩散,结果表明降低制备薄膜时的基片温度有利于减少互扩散.     

PLD制备钛酸铅薄膜过程的RHEED分析

本文采用反射式高能电子衍射(RHEED)监测脉冲激光沉积法制备钛酸铅薄膜过程.根据PbTiO3/MgO(001)薄膜、PbTiO3/Si(100)薄膜生长过程中RHEED强度的时间演变,分析基片对薄膜生长模式的影响.并且观测不同生长时刻的RHEED强度的空间分布,讨论生长过程中薄膜表面的台阶尺寸变化.另外,比较在不同氧分压下沉积的钛酸铅薄膜表面的RHEED图案,发现氧气将改变薄膜的微结构,提高薄膜的结晶性.     

SrTiO3斜切基片上外延生长YBa2Cu3O7-δ薄膜的扫描探针显微镜研究

采用激光脉冲沉积法在钛酸锶SrTiO3 (0 0 1)斜切基片上外延生长YBa2 Cu3 O7 δ薄膜 ,在大气环境下采用扫描探针显微镜对YBa2 Cu3 O7 δ薄膜的表面纳米形貌进行直接观察。发现YBa2 Cu3 O7 δ薄膜具有相对光滑的表面形貌 ,薄膜表面由沿SrTiO3台阶趋向外延生长的纳米台阶组成 ,薄膜生长模式主要以台阶媒体生长为主。     

6H-SiC单晶表面ZnO薄膜的制备及其结构表征

利用脉冲激光淀积(PLD)技术在6H-SiC单晶衬底上制备了ZnO薄膜. 利用X射线衍射(XRD), 反射式高能电子衍射(RHEED)和同步辐射掠入射X射线衍射(SRGID)φ扫描等实验技术研究了ZnO薄膜的结构. 结果表明:在单晶6H-SiC衬底上制备的ZnO薄膜已经达到单晶水平, 不同入射角的SRGID结果, 显示了ZnO薄膜内部不同深度处a方向的晶格弛豫是不一致的, 从接近衬底界面处到薄膜的中间部分再到薄膜的表面处, a方向的晶格常数分别为0.3264、0.3272和0.3223nm. 通过计算得到ZnO薄膜的泊松比为0.504, ZnO薄膜与单晶6H-SiC衬底在平行于衬底表面a轴方向的实际晶格失配度为5.84%.     

激光分子束外延BaTiO3/SrTiO3超晶格的晶格应变研究

采用脉冲激光分子束外延(PLMBE)方法,通过优化的工艺参数,在SrTiO3(100)单晶基片上外延结构为(8/8)的BaTiO3/SrTiO3超晶格薄膜.综合利用反射式高能电子衍射系统(RHEED)、高分辨率X射线衍射(HRXRD)以及高分辨率透射电镜选区电子衍射(SAED)技术,研究超晶格薄膜的晶格应变现象和规律.研究结果表明,在制备的BaTiO3/SrTiO3超晶格薄膜中,BaTiO3晶胞面外晶格增大,面内晶格减小;而SrTiO3晶胞面内及面外方向晶格都被拉伸,但面外晶格拉伸程度较大,SrTiO3晶胞产生了与BaTiO3晶胞方向一致的四方相转变.     

BST类铁电薄膜低温外延层状生长研究

利用激光分子束外延技术(LMBE)在SrTiO₃(100)单晶基片上外延生长SrTiO₃(STO)、BaTiO₃(BTO)、Ba_0.6Sr_0.4TiO₃(BST)铁电薄膜.通过反射高能电子衍射(RHEED)实时监测薄膜生长,并结合原子力显微镜(AFM)分析薄膜的生长模式,根据RHEED衍射强度振荡曲线及衍射图样的变化确定动态和静态控制最低晶化温度,发现STO、BTO、BST三种铁电薄膜可以分别在280、330、340℃的低温下实现外延层状生长.     

Epitaxial growth of anatase TiO2 thin films on LaAlO3(100) prepared using pulsed laser deposition

Titanium dioxide thin films were grown on a lattice-matched LaAlO₃(100) surfaces using pulsed laser deposition (PLD) in oxygen atmosphere. The films were characterized using X-ray diffraction (XRD), reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and atomic force microscopy (AFM). The crystal structure of all the films was anatase. Preferred oriented films with a c-axis normal to the substrate surface were obtained. RHEED analysis also revealed that the films had the preferential in-plane orientation, demonstrating that anatase films were epitaxially grown on the substrate. The flatness of the films depended on their growth conditions and thickness.     

MBE生长GaAs薄膜表面形貌的RHEED图样研究

本文通过在GaAs(100)单晶衬底上MBE生长GaAs过程中形成的RHEED衍射图样,对GaAs薄膜的表面形貌进行研究。分析GaAs表面粗糙和生长时不发生RHEED强度振荡的原因。讨论在生长GaAs时出现In(Ga)As/GaAs(100)体系的RHEED衍射图样这种异常现象的原因。     

Biaxial CdTe/CaF2 films growth on amorphous surface

A continuous and highly biaxially textured CdTe film was grown by metal organic chemical vapor deposition on an amorphous substrate using biaxial CaF₂ nanorods as a buffer layer. The interface between the CdTe film and CaF₂ nanorods and the morphology of the CdTe film were studied by transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy. Both the TEM and X-ray pole figure analysis clearly reveal that the crystalline orientation of the continuous CdTe film followed the {111}<121> biaxial texture of the CaF₂ nanorods. A high density of twin faults was observed in the CdTe film. Furthermore, the near surface texture of the CdTe thin film was investigated by reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and RHEED surface pole figure analysis. Twinning was also observed from the RHEED surface pole figure analysis.     

Specular beam intensity and surface morphology of BSCO films grown by MBE

Bi-Sr-Cu-O (BSCO) thin films have been epitaxially grown on cleaned SrTiO₃ (001) substrates by a sequentially shutter-controlled molecular beam epitaxy system using an oxygen radical beam. A spot intensity of specular beam in in-situ reflection high-energy electron diffraction (RHEED) was monitored during the atomic layer epitaxy. Atomic force microscopy (AFM) images of the epitaxial thin films were observed in the atmosphere at some oscillation points of the specular beam intensities. The chemical composition ratios of the films (about 100 Å) were determined from intensities of X-ray photoemission spectroscopy. The crystallinity of the films was measured by X-ray diffraction.

The amount of metal deposition corresponding to a half cycle of the intensity oscillation of the specular spot was found to be appropriate to form the flat surface. Characteristic islands were found at the surfaces covered with excess bismuth or excess copper atoms in the AFM image. The intrinsic modulated structure of the BSCO crystal was observed at the surface after the first copper deposition on Sr/Bi/SrTiO₃ in the RHEED pattern.     

硅碳比对Si(111)表面SSMBE异质外延SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)生长技术, 在不同的硅碳蒸发速率比(Si/C)条件下, 在Si(111)衬底上生长SiC单晶薄膜. 利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等实验技术, 对生长的样品形貌和结构进行了研究. 结果表明, 在Si/C比(1.1:1.0)下生长的薄膜样品, XRDω扫描得到半高宽为2.1°; RHEED结果表明薄膜具有微弱的衍射环, 有孪晶斑点. 在Si/C比(2.3:1.0)下生长的薄膜, XRDω扫描得到的半高宽为1.5°, RHEED显示具有Si的斑点和SiC的孪晶斑点. AFM显示在这两个Si/C比下生长的样品表面都有孔洞或者凹坑, 表面比较粗糙. 从红外光谱得出 薄膜存在着比较大的应力. 但在Si/C比(1.5:1.0)下生长的薄膜样品, XRDω 扫描得到的半高宽仅为1.1°; RHEED显示出清晰的SiC的衍射条纹, 并可看到SiC的3×3表面重构, 无孪晶斑点; AFM图像表明, 没有明显的空洞, 表面比较平整. FTIR谱的位置显示, 在此Si/C比下生长的薄膜内应力比较小. 因此可以认为, 存在着一个优化的Si/C比(1.5:1.0), 在这个Si/C比下, 生长的薄膜质量较好.