Bi2201薄膜厚度测定及择优取向的X射线法研究

论文摘要

本文采用分子束外延法（MBE）在MgO（001）单晶基底上制备了Bi2201薄膜,对分子束外延法生长Bi2201薄膜的制备工艺、薄膜的择优取向及其随厚度的演化情况进行了细致的研究。本文主要研究了以下内容：1.研究了分子束外延法制备的Bi2201薄膜的厚度及生长方式。本实验测量了高真空条件下各蒸发温度T的Bi和Cu束源炉的蒸发速率r,修正了经典蒸发速率温度关系得到的非线性模型,使得控制Bi和Cu成分更加精确,制备了Bi2201薄膜。实验通过薄膜厚度与表面粗糙度之间的关系得出了薄膜的生长模式为混合型（S-K）生长模式,数据表明本实验制备的Bi2201薄膜由层状生长模式向岛状生长模式转变的临界厚度为17.347nm（约为7个单胞）。2.研究了MgO（001）上外延生长的Bi2201薄膜的空间取向。实验表明薄膜Bi2201（001）面旋转45°后在MgO的（001）面上外延生长,即（001）[100]Bi2201//（001）[110]MgO生长,这时Bi2201（001）面与MgO（001）面具有面内最小的错配度δ=9.4%。3.研究了Bi2201薄膜的面内取向随厚度的演化性质。通过实验可知,在厚度小于17.23nm时,薄膜主要以层状生长为主,表现出单晶性质,所以Φ扫衍射只表现出一种面内的取向。随着薄膜厚度的增长,薄膜生长方式由原来层状生长转变为岛状生长,吸附的粒子以球帽状团簇形核。随着厚度的继续增加,其面内出现偏离层状生长取向的晶粒,实验测得第一组分离晶粒具有固定的取向,并与层状生长取向夹角为±33.7°。随后主晶粒的取向会继续弥散,直到分离出第二组晶粒,与层状生长取向夹角为±17°。随着薄膜厚度的继续增加,其现有晶粒方向仍然会继续分离出其他方向的晶粒,直到薄膜在面内表现为本征取向。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 高温超导薄膜概述及应用
• 1.2 研究现状与进展
• 1.2.1 薄膜厚度研究进展
• 1.2.2 薄膜择优取向测量研究进展
• 1.2.3 薄膜形核与外延机制的研究进展
• 1.3 本文研究目的及意义
• 1.3.1 本文研究目的
• 1.3.2 本文研究意义
• 第2章 实验原理与方法
• 2.1 样品制备
• 2.1.1 薄膜的制备方法
• 2.1.2 薄膜形核生长理论
• 2.2 样品表征手段
• 2.2.1 XRR测量薄膜厚度
• 2.2.2 X射线Φ扫法原理
• 第3章 Bi2201薄膜制备前期工作
• 3.1 Bi2201薄膜制备前期工作
• 3.1.1 蒸发速率的测量
• 3.1.2 高浓度臭氧
• 3.2 Bi2201薄膜制备
• 3.3 Bi2201薄膜厚度研究
• 3.3.1 XRR法测量Bi2201薄膜厚度
• 3.3.2 XRR方法的精确性研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 Bi2201薄膜择优取向研究
• 4.1 Bi2201择优取向的测量及面内错配情况
• 4.2 Bi2201在MgO（001）上的倾转
• 4.3 Bi2201薄膜择优取向性质随厚度的变化关系
• 4.4 本章小结
• 第5章 全文总结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢