Difracția electronilor rapizi , abr. RHEED (reflexion high-energy electron diffraction , prescurtare RHEED) [1] este o metodă de studiere a structurii suprafeței solidelor , bazată pe analiza modelelor de difracție a electronilor cu o energie de 5-100 k eV , împrăștiați elastic . de la suprafaţa studiată la unghiuri de păşunat.
Sensibilitatea la structura suprafeței în RHEED se realizează prin faptul că fasciculul primar este incident pe suprafața studiată la un unghi mic de rasturnare de ordinul 1–5°, precum și prin faptul că numai fasciculele de difracție apar la unghiuri mici. la suprafață sunt detectate. Ca rezultat, electronii rămân într-o regiune subțire aproape de suprafață pe parcursul drumului lor liber . De exemplu, electronii cu o energie de 50-100 keV, având o cale liberă medie de aproximativ 100 nm, la un unghi de incidență de aproximativ 1 °, pătrund până la o adâncime de cel mult 1 nm .
Difracția electronilor de înaltă energie prin reflexie (RHEED) este o metodă comună pentru analiza structurii suprafeței filmelor în procesul de epitaxie a fasciculului molecular (MBE). Distribuția largă a acestei metode se datorează ușurinței în utilizare a tehnicii și prezenței unui spațiu liber mare în fața probei. Un alt avantaj al RHEED (spre deosebire de difracția lentă a electronilor, LEED) este că, datorită diferenței mari de energie dintre electronii împrăștiați elastic și fundalul de împrăștiere inelastic, nu este nevoie de o filtrare atentă a energiei. Iar suficiența energetică a electronilor primari pentru a excita strălucirea ecranului luminescent nu necesită reaccelerarea lor. [2]
Pentru a studia o suprafață prin metoda RHEED, este necesar să existe un echipament experimental în care un fascicul de electroni de înaltă energie de la un tun de electroni lovește suprafața probei la un unghi de ras, iar fasciculele de electroni difractați formează un model RHEED pe un fluorescent . ecran. De exemplu, modelul RHEED dintr-o suprafață Si(111)7×7 curată atomic . Suportul de probă este plasat pe o platformă care permite rotirea probei pentru a obține modele RHEED în diferite direcții azimutale .
RHEED face posibilă monitorizarea continuă (in situ) a creșterii peliculelor epitaxiale la suprafață datorită faptului că partea frontală a probei devine accesibilă surselor de evaporare. Marele interes pentru MBE, ca metodă de cultivare a materialelor pentru dispozitive semiconductoare, a avut un efect stimulativ asupra utilizării RHEED.
Pe lângă accesul îmbunătățit la suprafață oferit de geometria RHEED în comparație cu LEED, această metodă are și alte avantaje în studierea creșterii și proceselor epitaxiale pe suprafețe multistrat. În special, utilizarea unghiurilor de pășunat scăzute face ca această metodă să fie sensibilă la microrelief. Dacă LEED (de obicei la incidență normală) selectează regiuni de suprafață bine ordonate, cu o orientare apropiată de orientarea medie a suprafeței, atunci electronii de incidență de pășunat vor pătrunde rugozitatea pe suprafață dacă este netedă microscopic. Acest lucru crește cerințele pentru pregătirea probelor pentru analiza RHEED, dar în același timp înseamnă că această metodă poate detecta modificări în morfologia suprafeței. De exemplu, dacă creșterea epitaxială duce la creșterea insulelor la suprafață, atunci modelul de reflexie de pășunat de pe o suprafață plană, care a fost observat în absența insulelor, va fi înlocuit cu un model care conține reflexii de difracție de la obiecte tridimensionale. . Aceasta poate fi folosită, de exemplu, pentru a determina grosimea stratului de umectare al unui film pseudomorf și pentru a determina orientarea fețelor insulelor [12].
Deși echipamentele de diagnosticare ( STM , AFM ) au apărut recent în aproape fiecare echipă de cercetare , oferind informații vizuale despre structura suprafeței și procesele care au loc în timpul creșterii, cu toate acestea, metoda de difracție rapidă a electronilor, datorită simplității, costului redus și comoditatei geometriei, rămâne o parte integrantă a echipamentelor de diagnosticare în instalațiile de epitaxie cu fascicul molecular pentru materiale care nu sunt distruse sub influența bombardamentului electronic.
Pe lângă analiza structurii suprafeței filmului, înregistrarea oscilațiilor unui fascicul de electroni rapid reflectat specular de la suprafața unui film în creștere face posibilă măsurarea ratei de creștere a filmului și controlul compoziției și grosimii acestora. Analizând natura oscilațiilor, se pot studia mecanismele de creștere realizate, se pot determina parametrii de difuzie la suprafață și încorporarea adatomilor .
O imagine calitativă a apariției oscilațiilor RHEED este ilustrată în Fig. 2.3. O suprafață netedă atomic oferă intensitatea maximă a reflexiei speculare. Formarea de insule bidimensionale cu o înălțime de un monostrat duce la o scădere a intensității reflexiei speculare, care este asociată cu împrăștierea fasciculului reflectat prin pași atomici. Scăderea intensității are loc până la gradul de umplere și = 0,5, iar apoi intensitatea începe din nou să crească. Creșterea intensității este asociată cu coalescența insulelor bidimensionale și, ca urmare, cu o creștere a netezimii suprafeței. La u = 1, când suprafața devine din nou netedă din punct de vedere atomic, intensitatea reflexiei oglinzii este aproape de valoarea sa inițială. Acest ciclu de schimbare a intensității se repetă de multe ori pe măsură ce straturile următoare cresc. [2]
Metoda RBE permite: