聊城分辨扫描隧道显微镜

作者：杨超月

聊城分辨扫描隧道显微镜

低温扫描探针显微镜-分子束外延联合系统研制

发布时间：2020/10/15浏览次数：241

该系统是针对SPM的研究应用所研发的。采用自制杜瓦型低温恒温器，可获得5K的低温，制冷剂利用效率高。特殊设计的扫描探头结构紧凑、体积小巧，具有极好的机械和温度稳定性。兼容目前主流商业化样品架，可原位更换针尖、样品和沉积分子/原子。集成了基于tuningfork技术的AFM，可在STM和AFM两种模式下工作。

系统同时集成了MBE腔体和单独的样品处理腔，具有液氮的冷屏和多达7个蒸发源安装位置，可以通过RHEED和LEED等手段监控生长。尚在研发中，主要技术指标待测。

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纵观扫描隧道显微镜领域，目前的研究工作早己由简单的形貌观测走向系统而深入的测量研究；由单纯的测量走向材料在微观尺度的加工。例如对基准平面操纵原子的工作已达到很高水准，能将单原子从表面拔出或安装在表面位置，或者制作某种特殊微观结构等等。尽管扫描隧道显微镜问世的时间很短，但经过各国科学家的努力，扫描隧道显微镜已得到了迅速的发展，在很多方面显示出其独特的优点，被应用于如微电子、生物等诸多领域中并推动了这些领域的发展。

目前，国际上很多国家对纳米科技给予很大的重视，扫描隧道显微镜理论和技术也在日臻完善中，扫描隧道显微镜及其相关技术必将在人类认识和改造自然尤其是微观世界的进程中发挥越来越大的作用。扫描隧道显微镜的发展仅有数十年的历史，它使人们对微观世界的探索和研究大大前进了一步，并且作为桥梁使宏观世界和微观世界的距离大大缩短。纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术，扫描隧道显微镜将引起21世纪又一次产业。

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分子束外延技术推动了以超薄层微结构材料为基础的新一代半导体科学技术的发展。分子束外延（MBE）是一种灵活的外延薄膜技术，可以表述为在超高真空环境中通过把热蒸发产生的原子或分子束投射到具有一定取向、一定温度的清洁衬底上而生成高质量的薄膜材料或各种所需结构。

晶体生长受分子束相互作用的动力学过程支配，而异于常规的化学气相淀积(VPE)和液相外延(LPE)中的准热力学平衡。随着MBE技术的发展，出现了迁移增强外延技术（MEE）和气源分子束外延（GS-MEE）技术，近年来又出现了激光分子束外延技术。作为国防创新实验室的重要部门，材器中心现拥有两台MBE设备，分别为RIBEP和RIBEREPINEAT，均用于碲镉（HgCdTe）材料的制备。

RIBEP作为早期研究型的设备在材器中心已经运行十多年，从早期在ZnCdTe衬底到后来在异质衬底(GaAs、Si、Ge)上均做过很多Ⅱ-Ⅵ材料外延研究工作，参与了很多工程项目。RIBEREPINEAT作为生产型设备，自2004年引进材料组以来目前主要用于异质衬底上CdTe缓冲层制备。32P外延尺寸可为2英寸或3英寸，EPINEAT外延尺寸为3英寸或4英寸，也可同时为3个2英寸。以EPINEAT为例，MBE生长工艺按时间顺序可以主要分为三个部分：衬底处理，生长过程的控制和后道工艺。

每一部分又由许多道工序组成，例如在衬底处理工艺中，包括了衬底的选片、抛光、清洗、腐蚀、装片、预除气等环节，这些工序构成了一个完整的MBE生长过程。该套系统主要由一个预处理室、一个过渡室和一个生长室组成。预处理室用于完成衬底的进样，以Si衬底为例，在进样室装样，等待约1.5小时后进样室真空小于10-8Torr，再传入过渡室内，在400℃下进行1小时预除气，然后传送入生长室；在生长室中主要完成样品的高温脱氧和缓冲层的外延过程。

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自19世纪80年代从CURIE兄弟在石英晶体上发现了压电效应后，压电材料开始引起人们的广泛注意，随着研究深入，不断涌现出大量的压电材料，如压电功能陶瓷材料、压电薄膜、压电复合材料等。这些材料有着十分广泛的用途，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器件中发挥着重要的作用。PVDF压电薄膜PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜，在1969年，日本人发现了高分子材料聚偏氟乙烯（polyvinylidenefluoridepolymer)简称PVDF，具有极强的压电效应。