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知识回顾 Knowledge Review
在420℃生长30s的RHEED 图中,观察到原来的衍射 斑点加条纹渐渐成网格 状衍射斑点 (图1),斑点 周围还出现了卫星小斑 点,它很可能是粘接样品 的少量的 In与As 反应生 成极少量的InAs,这与文 献 中 关 于 InAs 量 子 点 的 RHEED衍射斑点相似。继 续生长 60s以后, 极少量 的 InAs 在 大 量 的 GaAs 的 覆盖下已经很难发现,从 而使得卫星小斑点逐渐 消失
二、砷化镓的RHEED图样分析
利用RHEED图像可研究GaAs表面重构方式 和生长机制。报道了一种新型的分子束外 延 方 法 , 在 RHEED 实 时 监 控 下 , 利 用 GaAs(001)基片同质外延GaAs。通过改变生 长和退火的时间与温度(420、500、580℃), 结合RHEED图像演变与GaAs表面平整度( 粗糙化)的联系,得到表面原子级平整的 GaAs样品。
反射高能电子衍射仪（RHEED）对 砷化镓的实时监测
报告人： 仲玉泉 专 业：物理电子学 学 号：2120100212
一、RHEED简介
（reflection high-energyelectron diffraction）反射高能电子衍射
结构:
RHEED 装置由高能电子枪和荧光屏两部分组成,从 电子枪发射出来的具有一定能量(通常为10-30kev)（ 对比LEED：10-300eV） 的电子束以1-2°的掠射角 射到样品表面, 样品上的光束入射点与荧光屏的距离 (又称照相机距离)为270mm。CCD拍摄下荧光屏上图 像，送至计算机处理。
总结：
1.由于RHEED采用掠入射，入射束要覆盖约Icm长的表面，因
此要求样品表面非常平整。高能电子束强度高，平行度好。在 实际的应用方面，RHEED可以弥补LEED的一些不足。例如 LEED的样品温度升高到500℃以上时就观察不到衍射图样，而 在 RHEED 中 ， 温 度 高 达 1300℃ 时 也 能 观 察 到 衍 射 图 ， 因 此 RHEED也可用于研究与温度有关的表面过程及结构变化。
典型的ＲＨＥＥＤ图像：
衬底表面的形貌与它 的 电 子 衍 射 RHEED 图像具有一定的关系 。如果表面不平整， 那 么 它 的 RHEED 图 像呈现点状分布;如果 表面平整，那么它的 RHEED 图 像 呈 现 平 行的条状分布;如果衬 底表面粗糙度介于两 者之间，它的 RHEED 图 像 呈 现 点 连线结构
ＲＨＥＥＤ特点：
１.由于电子垂直于样品表面的动量分量很小,又受 到库仑场的散射,所以电子束的透入深度仅1 - 2 个 原子层, 因此RHEED 所反映的完全是样品表面的 结构信息。
２ . 与 低 能 电 子 衍 射 (Low Energy Electron Diffraction,LEED) 不 同 ， 在 RHEED 系 统 中 电 子 束 为掠入射，在监测的同时不影响材料的生长，所 以被广泛集成在MBE (Molecula Beam Epitaxy)， CVD ( Chemical Vapor Deposition)等材料生长系统 中，用于材料生长的实时监测，并且在研究晶体 生长、吸附、表面缺陷等方面也取得了很大的进 展。
在图3的RHEED图像中各个方向上雨滴状椭圆斑点的 出现表明,随着生长的不断进行,表面开始出现平整的趋 势。
在500℃退火1.5h的RHEED图像(图4)中,斑点的 拉长趋势明显,隐约看见在同一竖直方向上的 斑点有拉长变细变小甚至连接的趋势。衍射斑 点拉长变细变小是由于在退火过程中,表面原 子获得一定能量不断在表面运动,使得表面逐 渐趋于平整。
总结：
2. 在 RHEED 的 实 时 监 控 下 , 利 用 GaAs(001) Байду номын сангаас 片 同 质 外 延
GaAs。通过改变生长和退火的时间与温度,结合RHEED图 像的演变与GaAs表面平整度的联系,得到表面原子级平整、 高纯度的GaAs晶体。基片完成脱氧预处理以后从低温420℃ 生长开始,通过不同温度(420、500、580℃)的再生长、多次 退火,得到在不同时间段内的衍射图像。图像从开始的完全 网格状斑点、椭圆状斑点、拉长连接形成细线,随后出现条 纹化趋势到逐渐条纹化直至完全条纹化。在580℃得到的图 像中,通过完全条纹化的衍射图像可以确定样品表面已经呈 原子级平整,并且能够清晰观察到并分辨出[110]方向的2×结 构、[100]方向1×结构、[110]方向4×结构的衍射图像,GaAs 表面呈(2×4)重构。降温到450℃后得到具有C(4×4)表面重 构的GaAs。
图5和6表明衍射斑点已经从拉长、连接逐步实现条纹化。随 着条纹化的不断进行,GaAs的表面的平整度正在不断提高,在 [110]方向隐约可以观察到在亮线之间出现较为模糊的暗线
在图7中注意到各个方向上的衍射图像已经接近完全条 纹化,[110]方向已经出现明显的明暗相间条纹,在另外两 个方向[110]以及[100]上,亮条纹之间暗条纹逐渐明显。 可以推断表面已经慢慢趋于原子级平整,再进行退火处 理,就将得到非常平整的表面,同时能够通过衍射图像很 容易的判断此时的重构方式
温度降 低到 450℃ 后 得到的 图 像 9, 这 是平整 GaAs(001) 表面典 型的 C(4×4) 重构形 式的 RHEED 衍射图 像。
在图8中,亮条纹之间的暗条纹清晰起来,可以明确地指出[110]方向 的2×结构、[100]方向1×结构、[110]方向4×结构。这是原子级 平整的GaAs(001)表面(2×4)重构形式的RHEED衍射图像。