RHEED 与High Pressure RHEED
2023-10-17 13:51:12

反射高能电子衍射(RHEED)是研究晶体材料结构的强大技术。它是一种工具,反射高能电子衍射主要与沉积技术并行使用可以精确地监视生长过程,以表征薄膜在生长过程中的结晶度提供有关外延层厚度,生长速率,表面粗糙度甚至表面构造(重建过程)的信息以控制和报告沉积薄膜的质量。

射高能电子衍射(RHEED)由于其表面敏感性,较大的工作距离以及与沉积兼容的反射几何形状,一直是外延生长实时定量表征的“标准配备”。RHEED使用电子枪以掠入射方式将高能电子发送到基板(通常为1-2度)。电子束能量为10到30 keV,电子束电流约为10到50 uA。在经历衍射之后,电子根据晶体结构和样品表面原子的间距以及入射电子的波长,以特定角度相长干涉。这些电子的一部分与磷光检测器碰撞,根据样品的表面特征产生特定的衍射图样。从而导致仅对最外层表面敏感的衍射图样。因此,通过监测生长过程中和整个样品中的RHEED模式,可以系统地检查表面结构的演变。

薄膜生长模式(Modes of thin-film growth)指的是薄膜在材料表面的外延成长中不同的生长机制,由恩斯特·鲍尔于1958年系统化地归纳为三大类型:岛状生长模式(即Volmer-Weber模式)、层状生长模式(即Frank–van der Merwe模式)和岛状/层状生长模式。

有三种基本的增长模式:

.一、逐层增长或Frank-van der Merwe模式        

在层状生长中,衬底对薄膜原子的束缚力强于薄膜原子之间的作用力,导致薄膜遵循严格的二维生长——即直到完全生长完一层,下一层才开始生长。

在许多晶格匹配的氧化物系统中,可能会逐层生长。在理想情况下,在下一层开始生长之前,已完全填充了一层。实际上,下一层在上一层完成之前会形核,从而导致生长前沿分布在几个单层上。因此,RHEED强度会振荡,但强度也会下降。

层状生长比岛状生长需要更高的原子迁移率。

二. 岛状生长模式又称Volmer-Weber模式、VM模式  

在岛状生长中,薄膜原子相互之间的束缚力强于衬底对薄膜原子的束缚力,导致薄膜原子在衬底表面直接成核生长出三维的原子岛

岛状生长(图2)可用于在表面上生长纳米结构,但是RHEED强度监测在这种情况下不是特别有用。RHEED模式很可能会显示规则的透射点阵列。

三. 岛状/层状生长模式又称斯特兰斯基-克拉斯坦诺夫模式、SK模式或Stranski-Krastanov模式    

岛状/层状生长模式介于岛状生长模式与层状生长模式之间:在衬底上以二维方式生长一定厚度的薄膜之后,会开始以三维形式生长原子岛。