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本文利用热蒸发方法在硅(111)表面上,通过调节加热电流控制铋薄膜的生长速度,改变蒸发时间和观测石英晶振频率,来制备各种厚度的半金属铋薄膜样品。随着沉积时间的加长,观测到银白的铋薄膜。用原子力显微镜(AFM),扫描电子显微镜(SEM)方法对制备的样品进行形貌的观测,分析了不同沉积时间的半金属铋薄膜的表面形貌,颗粒尺寸和形状特征。并应用X射线衍射(XRD)分析薄膜的晶格结构。
AFM测量显示,薄膜具有相对平滑的表面和致密的结构,并且薄膜的表面没有出现明显的裂痕。薄膜表面有不同尺度的颗粒,并且在一定的尺度范围之内,各种不同大小的颗粒均匀分布在表面上。粗糙度有随沉积时间的增加而增大的趋势,但随时间的增加,由于团簇的合并又会导致粗糙度的降低,并且导致颗粒尺寸的增加。
SEM测量表示,沉积初期,薄膜表面存在孔洞,随着沉积时间的增加,粒子不断沉积到基体表面,孔洞中的颗粒数不断增多,随着粒子团簇的不断生长,导致薄膜上的孔洞数量逐渐减少,最终形成较为光滑连续的薄膜。因此,随着薄膜厚度的增加,在基片上更容易形成连续均匀的薄膜。沉积粒子主要贡献于成核,变为于已有的晶核的生长与合并,形成类似三角锥形结构的Bi微晶。
XRD测量表明,沉积时间对Bi薄膜的结构和取向生长有影响,实践证明,薄膜只有在适当的沉积时间里,生长得到铋薄膜的结构具有三角轴择优取向。