光電子能譜線(xiàn)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(gè)方面，一個(gè)是NSRL(National Synchrotron Radiation Laboratory)光電子能譜光束線(xiàn)和實(shí)驗(yàn)站的建設(shè)，一個(gè)是對(duì)Cu/3C-SiC界面的研究。 NSRL 原有的光電子能譜光束線(xiàn)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(xiàn)存在很多問(wèn)題，使光電子能譜實(shí)驗(yàn)站不能充分發(fā)揮同步輻射的優(yōu)勢(shì)，因此決定對(duì)該光束線(xiàn)進(jìn)行改造，指標(biāo)

2、要求為：能量范圍覆蓋60～1000 eV，樣品點(diǎn)流強(qiáng)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(diǎn)最大光斑大小為1 mm(h)×0.8 mm(v)。 首先進(jìn)行了光束線(xiàn)的設(shè)計(jì)。光束線(xiàn)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(shí)鏡子長(zhǎng)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(jià)格更經(jīng)濟(jì)，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(jiǎn)單的機(jī)械機(jī)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(xiàn)波段。后置聚焦系統(tǒng)采用一個(gè)超環(huán)面鏡將光斑沿垂直和水平方向聚焦到樣品點(diǎn)。以SHADOW程序?qū)υO(shè)計(jì)的光束線(xiàn)進(jìn)行光追跡，來(lái)確定各個(gè)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(diǎn)的光斑大小。在計(jì)入同步輻射光源的特點(diǎn)，光學(xué)元件的反射率，光柵的衍射效率及光束線(xiàn)的幾何傳輸效率的情況下，計(jì)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(jí)，低能光子的光通量可以達(dá)到10<'11>光子數(shù)/秒(200 mA 15×1 mrad<'2> 0.1％b.w.)。 然后進(jìn)行光束線(xiàn)的安

5、裝調(diào)試及指標(biāo)測(cè)試。光束線(xiàn)的安裝調(diào)試是關(guān)系到光束線(xiàn)的設(shè)計(jì)指標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵步驟，我們利用各種精密儀器對(duì)光束線(xiàn)的各部件進(jìn)行了離線(xiàn)測(cè)試和在線(xiàn)安裝，經(jīng)過(guò)模擬激光的觀(guān)察基本到位。其中單色器是光束線(xiàn)的核心，包括正弦機(jī)構(gòu)和切換機(jī)構(gòu)，正弦機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)位移測(cè)量精度經(jīng)過(guò)激光干涉儀和光柵尺的距離比對(duì)測(cè)量，誤差小于6μm。正弦桿的標(biāo)定長(zhǎng)度為491.19 mm，以此擬合的角度誤差小于4秒。對(duì)安裝調(diào)試好的光束線(xiàn)進(jìn)行分辨本領(lǐng)、光通量的測(cè)試及光子能量標(biāo)定，利用能譜儀測(cè)量

6、的結(jié)果為：在135/70 μm的狹縫開(kāi)度下，700線(xiàn)/mm光柵在250 eV、450 eV，1220線(xiàn)/mm光柵在500 eV、650 eV時(shí)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(dá)到指標(biāo)要求。對(duì)能譜儀的接口和控制軟件進(jìn)行更新。設(shè)計(jì)出由3個(gè)16 bit D/A轉(zhuǎn)換而成的精度較高的18 bit D/A。經(jīng)過(guò)對(duì)其穩(wěn)定性，重復(fù)性進(jìn)行測(cè)試，表明18 bit D/A達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？刂栖浖?shí)現(xiàn)了對(duì)多種硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，可以控制光束線(xiàn)及實(shí)驗(yàn)站選擇光子能量，實(shí)現(xiàn)與光子能量有關(guān)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，也可以進(jìn)行XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)測(cè)試。 研究了Cu與3C-Si

8、C界面形成過(guò)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(lái)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(duì)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(duì)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(xiàn)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(cè)得，結(jié)合能從沉積0.08 ML時(shí)的933.1 eV移動(dòng)到沉積2 ML的932.8 eV，Si2P用同步輻射光測(cè)得，峰位從未沉積時(shí)的43.55 eV移動(dòng)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(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，薄膜的生長(zhǎng)開(kāi)始為二維生長(zhǎng)，超過(guò)0.1 ML時(shí)變?yōu)槿S生長(zhǎng)，SiC的表面有表面態(tài)存在