激光分子束外延BTO／STO多层膜界面结构和表面形貌研究.pdfVIP

第七届全国X射线衍射学术会议论文集 1998年11月武汉 激光分子束外延BTO／sTO多层膜界面结构及表面形貌研究 于文学“2崔树范1吕惠宾1麦振洪 1中国科学院物理研究所 (北京100080) 2吉林大学材料科学研究所 (长春130023) 用激光分子束外延(L-MBE)伟恪薄膜，具有超真空精确控制原子尺度外延生长的原位实时监控特点， 不仅可以生长通常的半导体超晶格材料，也可制备多元素、高熔点、复杂层状结构，如超导体、光学晶体、 铁电体、压电体、铁磁体等薄膜。这种方法具直重要的学术意义和广泛的应用前景。目前，人们用b-MBE 战功制各出原子尺度生长的多种薄膜’u娜)。研究者希望通过原子级平滑的基片上外延出原子级平滑的薄膜 51,讨论了基片对外延膜质量的影响日。随着电子器件和光电子器件微型化，集成化的发展，铁电薄膜的应 用与研究日益广泛，膜厚在微米级范围内的铁电薄膜作为非挥发存储器，高介电电容器．光学倍频器，电光 器件，以及铁蛳g导薄膜7、嘴方面的应用与研究日趋活跃。L-MBE方法恰能在很大程度上满足制备高质 量铁电薄膜的要求。由于检测仪器的限制，使得对微型器件所用薄膜的质量检测很困难。本报告提出一种用 X光金反射及x光形貌相的手段来来检验铁电薄膜质量的方法。 实验内容、结果及讨论 利用目前我国唯一台由中科院物理所308组与沈阳}“女研制中，C哄同研制出的激光分子束外延设备”． 制各出的BTD／S1．O(BaTiO牺，riO，)超晶格薄膜其外延示意图如图1．L． MBE使用激光频率3HD(ecl 308rim)将BTO／STO原位生长在STO(00L) BTO 谳 基片上。外延生长期间纯氧(00在3×101Pa状态下，基片保持温度在 STO 献 650℃。生长情况由设备上的反射式高能电子衍射仪(RHHD)监控。STO和 BTO是以单胞层形式生长”。利用小角X射线全反射的方法得到样品的 B1D 姒 镜面反射曲线．结合x射线全反射曲线的计算机模拟“IL}，我们得出相 STO 60A 应的结构参数．表面．界面的粗糙度及厚度。—般说来现行的有关薄膜的 13TO 60盂 界面及表面粗糙度等参数的研究都是由样品中的某一被x光所辐刚壹置 所决定的。而从器件应用的角度讲需要整个样品表面的物理、化学性质 基片STO(OOLl 的一致性。本实验的目的是想通过x光全反射及x光形貌相方法给出整 个样品表面及界面的结构参数信息。我们将样品(10ⅢⅢ×2Ⅲ)分成三图l：BTO／STO超晶格实验 个x光掠入射区域，如图5所示。使用理学12Ⅻ转靶x光衍射仪，双晶 硅单色器理论模拟及实验曲线如图2，3，4，理论计算结果与实验结果如表【，为了验征我们的实验结果 我们使用扫描双晶形貌测角仪做出样品基底STO(004)的形貌 表l：实验参数及理论计算参数 相，如图5。从中我们看出用bMBE方法制备出的BTO／STO 实g§簌 理论计 界面租 表面粗 区域 星厚度 算厚度 谴度(知 {遗度(舢 膜厚度控制十分精确，给出的是原子级平滑表面，但其表面及 界面粗糙度和厚度在各区域内又不相同．B区域的粗糙度明显 C 60A 64五 3 大于C区域的糨糙度，且其厚度相差了一个原胞大小。究其原 A 60A62五 4 4 因显然是由于基片的粗糙度不同造成的。通过图5可以看出B B 60A 59A