高能電子衍射是高能電子衍射的一種工作模式。它將能量為10～50keV的單能電子掠射 (1°～3°)到晶體表面，在向前散射方向收集電子束，或將衍射束顯示於螢光屏。
基本介紹
- 中文名：高能電子衍射裝置
- 外文名：high energy electron diffraction device
- 基本原理：高能電子衍射
- 用途：晶體表面檢測
- 常用儀器：RHEED
- 所屬學科：自旋電子學
基本原理,歷史背景,裝置結構,晶體的檢測,套用,
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，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。
歷史背景
1927年，C.J.戴維孫和L.H.革末在觀察鎳單晶表面對能量為100電子伏的電子束進行散射時,發現了散射束強度隨空間分布的不連續性，即晶體對電子的衍射現象。幾乎與此同時，G.P.湯姆孫和A.里德用能量為2萬電子伏的電子束透過多晶薄膜做實驗時,也觀察到衍射圖樣。電子衍射的發現證實了L.V.德布羅意提出的電子具有波動性的構想，構成了量子力學的實驗基礎。
裝置結構
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。
晶體的檢測
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。
套用
電子衍射和X射線衍射一樣，可以用來作物相鑑定、測定晶體取向和原子位置。由於電子衍射強度遠強於X射線，電子又極易為物體所吸收，因而電子衍射適合於研究薄膜、大塊物體的表面以及小顆粒的單晶。此外，在研究由原子序數相差懸殊的原子構成的晶體時，電子衍射較X射線衍射更優越些。會聚束電子衍射的特點是可以用來測定晶體的空間群（見晶體的對稱性）。
採用波長小於或接近於其點陣常數的電子束照射晶體樣品，由於入射電子與晶體內周期地規則排列的原子的互動作用，晶體將作為二維或三維光柵產生衍射效應，根據由此獲得的衍射花樣研究晶體結構的技術，稱為電子衍射。這是1927年分別由戴維孫(C.T.Davison)和革末(L.H.Germer),以及湯姆孫(G.P.Thomson)獨立完成的著名實驗。和X射線衍射一樣，電子衍射也遵循勞厄(M.vonLaue)方程或布喇格(W.L.Bragg)方程。由於電子與物質的互動 電子衍射作用遠比X射線與物質的互動作用強烈，因而在金屬和合金的微觀分析中特別適用於對含少量原子的樣品，如薄膜、微粒、表面等進行結構分析。
三維晶體點陣的電子衍射能量高於100keV、波長小於0.037埃的電子束在物質中的穿透能力約為0.1μm，相當於幾百個原子層。如果以這樣的高能電子束作為入射源，則可以從薄膜或微粒的樣品中獲得表征三維晶體點陣的電子衍射花樣。 在電子顯微鏡中，根據入射電子束的幾何性質不同，相應地有兩類衍射技術。一類是選區電子衍射或微衍射，它以平行的電子束作為入射源；另一類是會聚束電子衍射(convergentbeamdiffraction),它以具有一定會聚角（一般在±4°以內）的電子束作為入射源。目前這兩類技術都有很大發展，並具有各自不同的專門用途。
