反射式高能電子衍射(Reflection high energy electron diffraction，簡稱RHEED)

RHEED的特點及原位實時監測薄膜生長的原理：

反射式高能電子衍射（RHEED）是一種原位（In-situ）監測薄膜生長結構的**.工具。在鍍膜工藝中，它通常安裝在MBE系統上，用于薄膜結構的原位監測，RHEED的應用較大地提高了MBE鍍膜條件的研究效率。

RHEED可用于監測薄膜生長(（即使是亞單原子層)。通過RHEED 圖案特征，可以分析基底的表面再構、基底或薄膜表面的晶體結構。通過衍射強度的變化，可分析薄膜表面粗糙度，從而監測薄膜生長進度。

與低能電子衍射(Low energy electron diffraction，LEED)和透射電子衍射(Transmissionhigh energy electron diffraction，THEED）相區別，它具有很高的電子能量（10~100keV),電子與薄膜表面的反應具有反射特性。其原理如圖所示，10~100keV的高能量電子以較小的角度（通常為1~3°)入射樣品表面，即電子束以幾乎平行于樣品表面的方向入射，發生樣品晶面的衍射后，在另一側的屏幕上可檢測到電子衍射信號，通過此信號可實時監測薄膜的生長結構與狀況。由于在RHEED實驗中，電子束以幾乎平行于樣品的方向入射，因此電子束僅僅透入薄膜表面兒個原子層厚度，這正好使得RHEED成為晶體表面結構分析的強有力.工具。

電子衍射同樣可以用愛瓦爾德的倒易理論進行分析，衍射倒易理論認為，當愛瓦爾德衍射球與倒易晶格點相交時，衍射就會發生。一般來說，由衍射圖案可直接判定生長的薄膜是否為單晶。如果高能電子衍射發生在具有絕對完美結構的單晶體（Single crystalline）表面，三維的倒易晶格點將表現為無限的平行棒束，實際上由于熱振動和晶格的不完整性，通常表現為有限的平行棒束( Streaky feature)，如圖 (b)。若衍射發生在平滑的多晶體(Polycrystalline)表面，其衍射圖案為環狀。如果衍射發生在不夠平滑的晶體表面，將會形成點狀圖案(Spotty feature)，如圖 (c)。而如果高能電子入射非晶結構表面，由于不存在規則的衍射晶面，不會得到任何衍射圖案，只是背底而已。由于反射球半徑很大，和球面相交的除（00）桿外還有（01)，(01)桿，甚至（02)，(02〉桿，這些桿形成相應的衍射條紋。

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yyp2021.3.29