混合分子束外延生长的 SrTiO$_{3}$ 薄膜表面化学计量与终止面的关联研究

混合氧化物分子束外延（hMBE）是一种利用金属有机前驱体输送过渡金属阳离子的薄膜沉积技术，已成为在化学计量生长窗口内合成电子级复杂氧化物薄膜的最先进方法。然而，关于生长过程的化学机制以及所得薄膜的表面性质仍存在诸多问题。为考察这些性质，采用 hMBE 以钛酸四异丙酯（TTIP）前驱体输送 Ti、以单质 Sr 源在退火 STO 和 Nb 掺杂 STO 衬底上制备 SrTiO$_{3}$（STO）薄膜，并改变 TTIP:Sr 通量比，以考察所报道的化学计量生长窗口的条件。将薄膜在真空下转移至 X 射线光电子能谱系统以研究表面元素组成。利用 X 射线衍射对样品进行检测，以将我们表面敏感的结果与文献中先前报道的薄膜体相测量进行比较。原子力显微镜、扫描隧道显微镜和低能电子显微镜的离位研究证实了表面重构的存在以及符合 A 位 SrO 终止面的 Ehrlich-Schwoebel 势垒。我们发现，要获得化学计量的吸附控制生长，必须具有混合 SrO 与 TiO$_{2}$ 终止面或完整的 SrO 终止面的表面。这些结果表明，在 hMBE 过程中表面 Sr 对于维持化学计量生长的化学平衡是必要的，这对于使用该技术设计未来的界面系统具有重要意义。