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图书基本信息

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书名：反射高能电子衍射在薄膜生长中的表面分析
ISBN：9787030338150
著者：魏贤华
出版社：科学出版社
丛书名：科学版研究生教学丛书
POD版定价：65元
正文语言：中文
装帧：平装
开本：16
页数：200
字数：250000

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目录

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序言
前言
第1章 固体表面与表面分析方法
1.1 表面的定义与分类
1.1.1 表面的定义
1.1.2 表面的分类
1.1.3 清洁表面
1.2 表面分析方法
1.2.1 扫描隧道显微镜和原子力显微镜
1.2.2 电子显微镜
1.2.3 X射线衍射
1.2.4 低能电子衍射
1.3 RHEED的回顾与发展
1.3.1 早期实验中的静态分析
1.3.2 RHEED在薄膜生长过程中的应用
1.3.3 RHEED的发展
参考文献
第2章 表面原子结构与倒易点阵
2.1 二维晶体学
2.1.1 二维晶体的周期性
2.1.2 二维晶体的对称性及点群
2.1.3 平面群
2.1.4 倒易点阵
2.2 理想表面的原子结构
2.2.1 晶面与晶向
2.2.2 面心立方结构
2.2.3 体心立方结构
2.2.4 纤锌矿结构
2.3 清洁表面的原子结构
2.3.1 台阶表面模型
2.3.2 表面重构
2.3.3 表面弛豫
参考文献
第3章 RHEED的构造与原理
3.1 超高真空系统与清洁表面准备
3.1.1 超高真空的获得
3.1.2 薄膜制备系统
3.1.3 清洁表面的准备
3.2 电子光学系统
3.2.1 电子枪
3.2.2 电子的波长
3.2.3 采集系统
3.3 高能电子与固体表面的作用
3.3.1 原子对电子的散射
3.3.2 晶体对电子的衍射
3.3.3 折射
3.4 RHEED的衍射原理
3.4.1 反射和透射
3.4.2 RHEED衍射谱特征
参考文献
第4章 RHEED衍射谱的标定
4.1 单晶衍射谱的标定
4.1.1 立方晶体表面
4.1.2 消光与二次衍射
4.1.3 密堆六方晶体表面
4.2 孪晶衍射谱的标定
4.2.1 畴结构的外延
4.2.2 近重位点阵模型
4.2.3 孪晶衍射谱
4.3 准晶衍射谱
4.3.1 准晶薄膜
4.3.2 退火制备准晶
4.3.3 准晶衬底上的外延生长
4.4 多晶衍射谱的标定
4.4.1 随机取向多晶薄膜
4.4.2 择优取向多晶薄膜
4.5 菊池线
参考文献
第5章 RHEED对薄膜生长动力学的分析
5.1 外延生长过程中的晶格
5.1.1 衍射强度分布
5.1.2 衍射条纹间距计算
5.1.3 晶格应变与弛豫
5.2 薄膜外延生长动力学
5.2.1 生长模式
5.2.2 二维生长模式与Matthews-Blakeslee公式
5.2.3 临界厚度的实验观察
5.2.4 生长模式之间的竞争
5.2.5 SK生长模式的实验观察
5.2.6 SK生长模式下的面内面外晶格的精确计算
5.2.7 压应力与张应力的比较
5.3 多晶薄膜取向的分析
5.3.1 单轴织构薄膜的电子衍射
5.3.2 衍射强度的弧度分布
5.3.3 双轴织构薄膜的电子衍射
5.4 织构薄膜生长动力学
5.4.1 单轴织构
5.4.2 双轴织构
参考文献
第6章 RHEED强度振荡
6.1 基本原理
6.1.1 原始模型
6.1.2 层与晶胞
6.1.3 晶格振荡与衍射条纹宽度的振荡
6.2 沉积条件对强度振荡的影响
6.2.1 生长温度
6.2.2 沉积速率
6.2.3 气氛
6.3 表面弛豫
6.3.1 RHEED振荡与表面弛豫
6.3.2 表面扩散活化能
6.3.3 间歇式层状生长
6.4 相位移
6.4.1 实验现象
6.4.2 影响因素
6.4.3 理论模型
参考文献
第7章 RHEED的新应用
7.1 高压RHEED的应用
7.1.1 背景与要求
7.1.2 技术与应用
7.2 RHEED的表面极图
7.2.1 引言
7.2.2 RHEED极图的构建
7.2.3 在织构薄膜分析的应用
7.2.4 RHEED Φ扫描在外延薄膜中的应用
7.2.5 与XRD极图的对比
7.3 RHEED在量子结构中的分析
7.3.1 引言
7.3.2 量子点几何与RHEED形状
7.3.3 量子结构的形成机制
参考文献

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《纳米器件制造与表征：先进薄膜技术的前沿探索》 引言 在微电子、光电子、能源存储以及生物传感等飞速发展的科技领域，高性能薄膜材料扮演着至关重要的角色。这些薄膜的性能，其微观结构、化学成分、晶体取向以及表面形貌等一系列物理化学特性，直接决定了最终器件的功能与可靠性。因此，如何精准、高效地制备出具有特定性质的薄膜，并对其进行深入的表征，是当前材料科学与工程领域的核心课题之一。本书《纳米器件制造与表征：先进薄膜技术的前沿探索》正是围绕这一主题，系统地梳理了现代薄膜制备技术的最新进展，并聚焦于一系列先进的表征手段，旨在为研究人员、工程师和学生提供一个全面而深入的视角，理解并掌握薄膜材料的制备与表征过程，从而推动下一代纳米器件的创新与发展。 第一部分：先进薄膜制备技术的原理与方法 本部分将深入探讨当今主流的薄膜制备技术，从经典的方法到新兴的纳米制造技术，逐一剖析其基本原理、工艺流程、优缺点以及适用范围。 物理气相沉积 (PVD) 技术 蒸发沉积： 详细介绍热蒸发、电子束蒸发等方法，分析其在金属、氧化物薄膜制备中的应用，并探讨控制薄膜厚度和均匀性的关键因素。 溅射沉积： 深入阐述直流溅射、射频溅射、磁控溅射等技术，重点讲解其在半导体、光学薄膜、硬质涂层等领域的应用，并分析溅射功率、气体压力、衬底温度等参数对薄膜特性的影响。 脉冲激光沉积 (PLD)： 介绍PLD的独特优势，特别是其在制备复杂氧化物薄膜、超晶格薄膜方面的能力，以及其对原子级精度控制的可能性。 化学气相沉积 (CVD) 技术 低压化学气相沉积 (LPCVD)： 讲解LPCVD在集成电路制造中的重要地位，特别是其在介质层、导体层薄膜沉积中的应用，以及如何优化反应气体、温度和压力来实现高均匀性和低缺陷。 等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)： 重点阐述PECVD如何利用等离子体激活反应气体，实现低温沉积，这对于在热敏感衬底上制备薄膜尤为重要，并讨论其在钝化层、阻挡层等方面的应用。 金属有机化学气相沉积 (MOCVD)： 详细介绍MOCVD在III-V族化合物半导体、GaN基材料等高性能电子和光电子器件制备中的核心作用，分析前驱体选择、反应机理和工艺控制对材料质量的严苛要求。 原子层沉积 (ALD) ALD的基本原理： 深入剖析ALD的自限性化学反应循环，解释其如何实现原子级的精确厚度控制和优异的形貌覆盖性，无论衬底的复杂程度如何。 ALD的应用领域： 广泛介绍ALD在纳米电子学、催化、能源存储、生物医学等前沿领域的应用，例如超薄栅介质、高k材料、防护涂层、纳米颗粒的包覆等。 ALD工艺优化与挑战： 探讨如何选择合适的化学前驱体、反应温度、脉冲时间，以及如何克服ALD在沉积速率、成本等方面的挑战。 其他先进薄膜制备技术 分子束外延 (MBE)： 介绍MBE在高纯度、原子级晶格匹配的超晶格和量子阱结构制备中的独特性，以及其在高性能半导体器件研发中的关键作用。 溶液法制备技术： 探讨旋涂、喷涂、浸涂等溶液法在制备有机薄膜、量子点薄膜、钙钛矿薄膜等方面的优势，以及如何通过溶剂选择、退火工艺等控制薄膜性能。 纳米压印、3D打印等增材制造技术在薄膜结构制备中的应用 第二部分：先进薄膜表征技术的原理与应用 精准的薄膜表征是理解材料性能、优化制备工艺、确保器件质量的基石。本部分将聚焦于一系列能够提供不同维度信息的先进表征技术，帮助读者深入了解薄膜的结构、成分、电子态以及表面特性。 结构与晶体学表征 X射线衍射 (XRD)： 阐述XRD在确定薄膜的晶体结构、晶粒尺寸、织构、应力等方面的基本原理和应用，包括掠入射X射线衍射 (GIXRD) 在薄膜分析中的优势。 透射电子显微镜 (TEM) 与高分辨透射电子显微镜 (HRTEM)： 深入介绍TEM/HRTEM如何提供亚纳米尺度的结构信息，包括晶格像、缺陷观察、原子序像，以及其在研究异质结、界面结构方面的能力。 扫描电子显微镜 (SEM) 与聚焦离子束 (FIB) SEM成像原理与应用： 讲解SEM如何通过二次电子、背散射电子等信号获得样品表面形貌、成分衬度信息，以及其在微观结构分析中的广泛用途。 FIB样品制备与二次离子质谱 (SIMS)： 重点介绍FIB在制备高精度TEM样品、进行微区加工方面的能力，以及它与SIMS结合在深度剖析和成分分析中的协同作用。 原子力显微镜 (AFM) AFM成像原理与模式： 详细介绍AFM在探测表面形貌、粗糙度、三维轮廓方面的原理，包括接触模式、非接触模式、敲击模式，以及其在纳米尺度表面分析中的重要性。 AFM的功能拓展： 讨论AFM在测量表面力学性质（如硬度、弹性模量）、电学性质（如导电AFM、Kelvin探针AFM）以及磁学性质（如磁力显微镜）等方面的能力，使其成为一种多功能的表征工具。 化学成分与电子态表征 X射线光电子能谱 (XPS) XPS的原理与信息： 深入阐述XPS如何通过测量光电效应获取样品表面的元素组成、化学态、价态信息，以及其在表面成分分析和化学键研究中的不可替代性。 XPS的应用示例： 涵盖在半导体、催化剂、聚合物、生物材料等领域的典型应用，以及如何通过多通道分析和深度剖析来获取更全面的信息。 俄歇电子能谱 (AES) AES的特点与优势： 介绍AES在表面元素成分分析方面的灵敏度和空间分辨率，以及其在纳米材料和表面缺陷研究中的应用。 能量色散X射线光谱 (EDX/EDS) EDX/EDS与SEM/TEM结合： 讲解EDX/EDS如何与SEM/TEM结合，实现微区元素成分分析，为理解材料的非均一性和相分布提供依据。 拉曼光谱 (Raman Spectroscopy) 拉曼光谱的原理与应用： 阐述拉曼光谱如何通过分子振动提供材料的化学结构、晶体相、应力、掺杂等信息，尤其是在半导体、碳材料、聚合物等领域。 紫外-可见近红外光谱 (UV-Vis-NIR Spectroscopy) UV-Vis-NIR在薄膜光学性质分析中的应用： 介绍该技术如何用于测量薄膜的透射率、反射率、吸收率，从而推断其带隙、光学常数、颜色等光学特性。 表面与界面特性表征 二次离子质谱 (SIMS) SIMS的深度剖析能力： 强调SIMS在极高灵敏度下进行材料深度成分分析的能力，对于研究薄膜的界面扩散、掺杂分布、污染物分析尤为关键。 椭偏仪 (Ellipsometry) 椭偏仪在光学常数与厚度测量中的应用： 详细介绍椭偏仪如何通过测量偏振光的变化来精确测量薄膜的厚度、折射率、消光系数等光学参数。 肖特基势垒高度 (SBH) 测量 DLTS, C-V 等方法在界面特性研究中的应用： 介绍如何通过电学测量方法来评估金属/半导体界面或绝缘体/半导体界面的肖特基势垒高度，这对于器件性能至关重要。 第三部分：薄膜特性与器件性能的关联分析 理解薄膜的微观特性如何转化为宏观的器件性能，是实现器件优化的关键。本部分将通过案例分析，探讨不同薄膜特性对器件性能的影响，以及如何通过优化制备与表征来实现高性能纳米器件的设计与制造。 半导体薄膜的掺杂与载流子传输 介质薄膜的漏电流与击穿电压 光学薄膜的反射率、透射率与器件效率 多层薄膜结构中的界面散射与电子/声子传输 表面形貌与粗糙度对器件可靠性的影响 结论 《纳米器件制造与表征：先进薄膜技术的前沿探索》旨在为读者提供一个关于现代薄膜技术及其表征方法的全面而深入的指导。通过理解先进的制备技术如何精确地构建纳米结构，以及掌握各种先进的表征手段如何揭示材料的精细属性，研究人员将能够更好地设计、制备和优化用于下一代纳米器件的薄膜材料。本书强调了理论原理与实验实践相结合的重要性，并提供了一系列实际应用的案例，期望能够激发读者在纳米科学与工程领域进行更深入的探索与创新。