外延生长Fe薄膜的过程如下:

(1）准备单晶基底

要实现外延，需要保证单晶基底表面的绝对清洁，以产生用于束缚沉积原子的表面晶体场。对于不同的基底具有不同的处理工艺。对于单晶硅基底，**依次使用氯仿、丙酮、甲醇进行超声清洗;其次用5%的HF对表面进行腐蚀2分钟，以除去表面氧化层;之后用去离子水冲洗基底，用高纯氮气吹干后马上将基底安装至真空腔内的样品架上:最后，在高真空中加热至700 °C进行除气。对于单晶GaAs基底，**依次使用氯仿、丙酮、甲醇、去离子水进行超声清洗;之后用高纯氮气吹干后马上将基底安装至真空腔内的样品架上;在高真空中将基底快速加热至600°C左右，使得GaAs刚刚到达分解温度，同时观察RHEED，当出现细线衍射图样时立即停止加热，逐渐冷却至室温，使GaAs表面经过重构变得平整。

(2）生长条件的选择

在完成基底准备后，对生长腔持续抽真空8至12小时。在生长腔的真空度稳定在10-1° mbar量级后，经过两个小时的时间，将Fe源升温至1250 °C。Fe源的温度决定了蒸发分子束的流量（生长速率)，以及原子与基底接触时的动能（与基底温度相配合决定是否能够适当沉积)，经过查阅文献和反复试验，确定了Fe源温度为1250°c，基底温度为30 °C。

(3）薄膜生长过程

在升温完成后，打开Fe的挡板，开始薄膜生长。在生长过程中，实时监测RHEED的图样并记录，保证生长过程中及生产完成后RHEED图样始终保持条形，从而确定生长模式为layer by layer的生长（如果是核生长模式或层核生长模式，则在生长过程中应当出现点状图样与条形图样的转化或交替转化)。

如图所示，当基底为（100）面的单晶GaAs时（晶格常数0.565 nm)，计算出生长完成后的Fe薄膜的晶格常数为0.28 nm，符合α相的固态Fe的bcc晶胞晶格常数。

对于Fe薄膜的微观型貌特征，以在Si (111）表面生长的样品为例，表面如图下 (a)和(b)所示，样品厚度均匀，界面清晰，晶体结构完整。如图上(c)

所示，通过AFM（原子力显微镜）的分析软件可以确定样品表面的均方根粗糙度为0.9 nm，由此可知样品表面相当平整。需要说明的是，对于微观型貌来说，不同基底生长的样品均可以达到图中下的标准。

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yyp2021.3.25