光電子能譜線站的建設(shè)及Cu-3C-SiC界面的研究.pdf

1、本論文的內(nèi)容主要包括兩個方面，一個是NSRL(National Synchrotron Radiation Laboratory)光電子能譜光束線和實驗站的建設(shè)，一個是對Cu/3C-SiC界面的研究。 NSRL 原有的光電子能譜光束線自建成以后，在同步輻射應(yīng)用研究方面發(fā)揮了重要的作用，并取得了很多有意義的結(jié)果。但是由于種種原因，這條光束線存在很多問題，使光電子能譜實驗站不能充分發(fā)揮同步輻射的優(yōu)勢，因此決定對該光束線進行改造，指標(biāo)

2、要求為：能量范圍覆蓋60～1000 eV，樣品點流強理論上大于4×10<'9>光子數(shù)/秒(200 mA 15×1 mrad<'2> 0.1％b.w.)，能量分辨本領(lǐng)(E/△E)好于650。樣品點最大光斑大小為1 mm(h)×0.8 mm(v)。 首先進行了光束線的設(shè)計。光束線主要包括前置聚焦系統(tǒng)、入射狹縫、單色器、出射狹縫、后置聚焦系統(tǒng)。前置聚焦系統(tǒng)采用柱面。超環(huán)面鏡組合的聚焦系統(tǒng)，它具有大的水平接收角而光學(xué)元件的尺寸可以很小，

3、如果在3218 mm處以2.5°掠入射，水平接收15 mrad時鏡子長度為130 mm。我們的系統(tǒng)采用的小尺寸反射鏡不僅加工精度高，而且價格更經(jīng)濟，與其它前置系統(tǒng)相比，更具優(yōu)越性。單色器采用dragon單色器，此種單色器有較少的光學(xué)元件，簡單的機械機構(gòu)和很好的性能，因此被廣泛應(yīng)用于真空紫外-軟X射線波段。后置聚焦系統(tǒng)采用一個超環(huán)面鏡將光斑沿垂直和水平方向聚焦到樣品點。以SHADOW程序?qū)υO(shè)計的光束線進行光追跡，來確定各個反射鏡的尺寸及子

4、午半徑和弧矢半徑的大小、入射狹縫和出射狹縫的聚焦情況、單色器的分辨率、樣品點的光斑大小。在計入同步輻射光源的特點，光學(xué)元件的反射率，光柵的衍射效率及光束線的幾何傳輸效率的情況下，計算結(jié)果為：高能光子的光通量在10<'10>光子/秒(200 mA 15×1 mrad<'2> 0.1％b.w.)的量級，低能光子的光通量可以達到10<'11>光子數(shù)/秒(200 mA 15×1 mrad<'2> 0.1％b.w.)。 然后進行光束線的安

5、裝調(diào)試及指標(biāo)測試。光束線的安裝調(diào)試是關(guān)系到光束線的設(shè)計指標(biāo)能否實現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們利用各種精密儀器對光束線的各部件進行了離線測試和在線安裝，經(jīng)過模擬激光的觀察基本到位。其中單色器是光束線的核心，包括正弦機構(gòu)和切換機構(gòu)，正弦機構(gòu)的直線位移測量精度經(jīng)過激光干涉儀和光柵尺的距離比對測量，誤差小于6μm。正弦桿的標(biāo)定長度為491.19 mm，以此擬合的角度誤差小于4秒。對安裝調(diào)試好的光束線進行分辨本領(lǐng)、光通量的測試及光子能量標(biāo)定，利用能譜儀測量

6、的結(jié)果為：在135/70 μm的狹縫開度下，700線/mm光柵在250 eV、450 eV，1220線/mm光柵在500 eV、650 eV時的分辨本領(lǐng)依次為1403、986、1033、1073。能量范圍350～1000 eV內(nèi)，光通量好于3×10<'9>光子數(shù)/秒(200 mA 15×1 mrad<'2> 0.1％b.w.)，能量范圍200～500 eV內(nèi)，光通量好于10<'10>光子數(shù)/秒(200 mA 15×1 mrad<'2>

7、0.1％b.w.)，基本達到指標(biāo)要求。對能譜儀的接口和控制軟件進行更新。設(shè)計出由3個16 bit D/A轉(zhuǎn)換而成的精度較高的18 bit D/A。經(jīng)過對其穩(wěn)定性，重復(fù)性進行測試，表明18 bit D/A達到設(shè)計要求?？刂栖浖崿F(xiàn)了對多種硬件設(shè)備的驅(qū)動，可以控制光束線及實驗站選擇光子能量，實現(xiàn)與光子能量有關(guān)的實驗?zāi)Ｊ?，也可以進行XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)測試。 研究了Cu與3C-Si

8、C界面形成過程。SiC作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，因具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在高溫、高頻、高壓、大功率的電子器件以及光電子器件等應(yīng)用領(lǐng)域中占有重要地位。由于銅有低的電阻和高的電子遷移率，是將來電子器件中最吸引人的材料之一。因此Cu/SiC界面的性質(zhì)對于以SiC為基礎(chǔ)的電子器件是非常重要的，然而目前大量的研究都是液態(tài)Cu與SiC襯底的相互作用，對固態(tài)界面性質(zhì)的研究則很少。本論文主要用同步輻射光電子能譜和X射線光電子能譜的方法研究了Cu/3

9、C-SiC(111)界面的性質(zhì)。在超高真空下，Cu慢慢沉積到2ML(monolayer)。Cu2P<,3/2>用XPS測得，結(jié)合能從沉積0.08 ML時的933.1 eV移動到沉積2 ML的932.8 eV，Si2P用同步輻射光測得，峰位從未沉積時的43.55 eV移動到沉積2 ML的43.87 eV，峰形狀未發(fā)生變化，表明Cu與襯底之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，薄膜的生長開始為二維生長，超過0.1 ML時變?yōu)槿S生長，SiC的表面有表面態(tài)存在