RHEED反射高能电子衍射对砷化镓的实时监测

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

（reflectionhigh-energyelectrondiffraction）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。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(LowEnergyElectronDiffraction,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(MoleculaBeamEpitaxy)，CVD(ChemicalVaporDeposition)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。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。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。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。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。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。总结：2.在RHEED的实时监控下,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,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