反射式高能電子衍射裝置(RHEED)是MBE設備上的一個十分重要的部件，用它可在生長的原位觀察樣品表面的清潔度、平整度、表面結構，通過觀察到的曲線確定生長情況。
基本介紹
- 中文名：反射式高能電子衍射裝置
- 外文名：RHEED
- 領域：自旋電子學
- 用途：觀察樣品表面的清潔度、平整度
- 套用儀器：MBE設備
- 結構：高能電子槍和螢光屏
簡介,基本原理,儀器結構,套用,晶體的監測,
簡介
RHEED（反射高能電子衍射儀）是觀察晶體生長最重要的實時監測工具之一。它可以通過非常小的掠射角將能量為10～30KeV的單能電子掠射到晶體表面，通過衍射斑點獲得薄膜厚度，組分以及晶體生長機制等重要信息。 因此反射高能電子衍射儀已成為MBE、PLD等系統中監測薄膜表面形貌的一種標準化技術。
基本原理
電子束不能穿透大塊晶體，對較厚樣品的表面結構研究，可以使用反射電子衍射方法。
其特點是:
1、一束直徑較細的高能電子束照射到被分析樣品表面，通過表面反射而形成電子衍射圖象，可以進行傳統的X射線衍射分析所不能完成的樣品表面晶體結構及薄膜方向等的觀測和測定。
2、RHEED所用的加速電壓為10k-1000k eV，所對應的波長對分析薄膜的結晶性非常有利，可以獲得較多樣品表面的微結構信息，如表面重構、生長模式、晶相和晶質等。
3、由於高能電子束以幾乎平行於被分析樣品表面的一極小的角入射(見圖)，入射電子與表面垂直的動量很小，這樣電子只能與樣品表面的幾層甚至是一層原子的晶格發生作用，所以通過衍射像可以顯示表面原子排列的特徵。
RHEED可以在生長的過程中實時監測晶體的表面原子結構，晶體的表面形態，並可以分析表面的重.構情況。它己經成為現代外延生長技術中不可缺少的表面分析評價手段。
儀器結構
高能電子衍射裝置是由高能電子槍和螢光屏兩部分組成，從電子槍發射出來的具有一定能量的電子束略入射到樣品表面，電子束的透入深度僅1到2個原子層，所以這種技術所反映的完全是樣品表面的結構信息。根據布拉格衍射定律，衍射角和晶格結構息息相關，所以觀察衍射的圖像就能夠分析出表面的生長狀況。
套用
用RHEED可做樣品表面動態觀測，進行晶體生長動力學過程研究，還可進行表面原子結構的分析、晶格常數測定，並可通過衍射圖樣分析晶體缺陷，以對外延膜進行評價。
通過RHEED圖像，我們可以得到很多有用的信息:
1、清潔樣品表面和有序吸附層等的結構分析
如果RHEED圖像是條紋，則說明樣品表面原子排列的比較有序，樣品表面是非常平整的；如果RHEED圖像是點狀的，則說明樣品表面不是非常平整，有局部的突起；如果RHEED圖像是模糊不清的，則說明樣品表面是粗糙的，電子束已經被多次散射。
2、判別單晶和多晶
一般來說，對於RHEED圖像是條紋和點狀的，我們可以判斷樣品是單晶的；如果RHEED圖像是環狀的，則樣品是多晶的。
3、確定樣品表面重構，確定薄膜的構成
不同樣品平整表面的RHEED圖像條紋的間距是不同的，由於RHEED圖像是晶體點陣在侄l易空間的衍射投影，晶格常數大的其RHEED條紋間距要比晶格常數小的衍射條紋小。
晶體的監測
在晶體生長的監控過程中，對圖案的判讀可以有效地確定晶體生長的狀態以及生長的模式。若襯底為較理想的晶體平面，對應陰花樣上為一系列等間距排列的條紋，或者沿圓弧排列的點，即所謂的勞厄環如果出現分數級的條紋或者分數級的勞厄環，則說明襯底表面出現了重構現象隨著材料生長，晶體表面變得粗糙不平，對應花樣上條紋逐漸模糊當晶體生長到一定階段，表面成島或者較大的突起，花樣上出現按一定規律規則排布的斑點，即為透射式衍射花樣。在系統中，高能電子束以很小的入射角掠入射至晶體表面，一旦表面成島，則電子束將不僅僅在晶體表面反射，而是島中透射穿過，形成的散射束投射在螢光屏上形成透射式衍射花樣。此時的衍射花樣將直接反映出島內部的晶格結構，是倒易空間格點的分布另外由於電子束能量的彌散，對應的厄瓦德球面可能不是一個幾何球面，而是一系列連續半徑變化的球面形成的球殼，只要在球殼中存在的倒易格點都可能反映在衍射花樣上。
