基底温度对c-Si(100)面生长a-Si∶H薄膜结构特性影响的分子动力学模拟研究

运用分子动力学方法模拟了不同基底温度下在硅(100)表面沉积生长氢化非晶硅薄膜的过程.Si-H体系的原子间相互作用采用Murty-Tersoff势计算.结果得到:随着基底温度的升高,a-Si∶H薄膜表面粗糙度降低,内部致密度提高,H原子、Si-H键和悬挂键密度均减少.进一步分析发现,粗糙度和致密度随基底温度变化的原因是基底温度升高增大了表面原子的扩散能力;而H原子和Si-H键等含量随基底温度升高而下降是因为高温下Si-H弱键更易断键导致.悬挂键密度随基底温度升高而降低则主要是由于内部原子的晶化率增大引起.     

Co掺杂ZnO薄膜的湿化学法制备及其光致发光光谱

采用湿化学法在Si衬底上生长了纳米棒结构的Co掺杂ZnO薄膜,并研究了掺杂浓度对生成样品结构和性能的影响.研究表明这种湿化学法成本低廉、收益高、重复性良好.样品的XRD结果表明掺杂的ZnO没有出现杂相.SEM结果表明掺杂样品是由ZnO纳米棒团簇结构组成,且团簇的密度随着Co掺杂浓度的增大而增大.薄膜的光致发光光谱结果表明Co掺杂导致薄膜的带隙发生红移,同时也证明了Co原子有效地进入了ZnO晶格.     

室温电化学法制备白钨矿SrWO4晶态膜的生长特性研究

采用恒电流电化学技术直接在金属钨片上制备了具有白钨矿结构的钨酸锶(SrWO4)晶态薄膜,通过SEM和EDX测试分析方法,研究了薄膜在不同的生长阶段(包括薄膜从最初成核并开始生长,到薄膜布满整个基片,即薄膜生长结束)的生长特性.研究结果表明,SrWO4晶核和晶粒优先选择在基片的缺陷处堆砌生长,在薄膜生长的初期,一定数量的WO4负离子配位多面体沉积在基片上并形成具有白钨矿结构的骨架,继而Sr2+对该骨架进行填充,由此形成晶核和晶粒;随着沉积时间的延长,晶粒密度不断增大,晶核和晶粒也不断长大,并沿着c轴生长的方向开始分叉,晶粒越大分叉越多;最终,当SrWO4薄膜生长过程结束时,团簇生长的花菜状晶粒布满整个基片,形成致密的薄膜.该研究结果对晶态薄膜电化学制备生长机制的认识、以及采用电化学方法制备晶态薄膜的工艺调控都具有重要意义.     

室温下金刚石薄膜上沉积立方氮化硼薄膜的研究

采用射频磁控溅射技术分别在纳米与微米金刚石薄膜上制备立方氮化硼(c- BN)薄膜.金刚石薄膜由拉曼光谱(Raman)及原子力显微镜(AFM)进行表征.采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)研究了不同沉积温度对c- BN薄膜生长的影响,结果表明在金刚石薄膜上生长c- BN不存在温度阈值,室温下生长的c- BN含量可达70;以上.当沉积温度由室温向上升高时,对于纳米金刚石薄膜衬底上生长的BN薄膜而言,其中的立方相含量反而逐渐降低.此外,随着沉积温度的降低,c- BN对应的峰位向低波数方向偏移的现象表明低温下生长的c- BN薄膜内应力较小.文中探讨了产生此现象的原因.     

液相自组装法制备铁酸铋薄膜的研究

采用液相自组装法成功制备出铁酸铋(BiFeO3)薄膜,并采用XRD、SEM和VSM等测试方法对BiFeO3薄膜进行了表征.研究了功能化的自组装单分子层(SAMs)表面对BiFeO3薄膜成核和生长的影响,以及沉积温度对铁酸铋薄膜的形成和微观形貌的影响.结果表明:功能化的SAMs表面上薄膜与基底结合牢固,结构致密均一;沉积温度在60～70 ℃之间,薄膜表面比较平整均一,当沉积温度高于70 ℃,薄膜表面出现多晶聚集体现象.     

粒子束注入单晶硅尺寸效应的机理研究

使用分子动力学方法研究硅粒子注入技术.系统比较分析了团簇粒子的包含反射,扩散和植入基底在内的全部运动过程,同时使用可视化方法观测记录基底表面形貌演化过程.所建立模型直观地显示了低注入能量域内的新特征.注入过程中,团簇粒子由不同粒径(数量)的硅原子组成.通过对粒径变化在注入过程的影响研究揭示了注入技术机理.仿真结果表明提出方法可用于定量预测注入粒子表面分布.本文工作可作为原子尺度下生成基底表面特征或设计图案的参考,并对可控表面沉积技术提供理论指导.     

氧氩比及基底温度对脉冲磁控溅射Cu2O薄膜结构和光学性能的影响

利用脉冲磁控溅射制备技术,采用单质金属铜靶作为溅射靶,在氧气(O2)和氩气(Ar)的混合气氛下在石英玻璃基底上制备Cu2O薄膜,研究了O2和Ar流量比(O2/Ar)及基底湿度对沉积的Cu2O薄膜结构、表面形貌及光学性能的影响.结果表明:在O2/Ar为30∶80的气氛条件下,基底温度在室温(RT)和100℃时均可获得单相的Cu2O＜ 111＞薄膜;薄膜表面致密、颗粒呈球状,粗糙度的均方根(RMS)值随基底温度增加而增大;薄膜的光谱吸收范围为300～ 650 nm,紫外区吸收较强,可见光区吸收强度较弱,吸收强度随基底温度的增加而增强,光学带隙(Eg)随基底温度的增加而减小.     

氢流量对富硅-氮化硅薄膜键结构及光学性质的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法,以SiH4、NH3和H2为反应气体,通过改变氢流量来制备富硅-氮化硅薄膜.利用傅里叶变换红外吸收光谱、紫外-可见光透射光谱、X射线衍射谱和光致发光谱对薄膜的结构与性质进行表征.实验发现,适当地增加H2流量,可以提高反应过程中H离子与Si、N悬挂键的键合几率,从而起到钝化薄膜悬键的作用.当H2流量从10 sccm变化到20 sccm时,H主要起到钝化薄膜悬挂键作用,因而缺陷态减少,缺陷态发光减弱,薄膜的光学带隙缓慢展宽.继续增加H2流量,薄膜中的氮原子持续增加,伴随着缺陷态再次增多,辐射加强,并导致光学带隙迅速展宽.当H2流量达到30 sccm时,薄膜中的氮化硅晶粒增大,数目增多,缺陷态发光消失,出现了氮化硅中由非晶硅量子点团簇引起的发光现象,说明薄膜中出现了非晶硅量子点团簇.因此,适量的增加氢流量能够对薄膜起到钝化的作用,并实现从富硅-氮化硅向Si3N4相转变的过程中形成氮化硅基质包埋的非晶硅量子点团簇结构.     

基底温度控制方式对直流弧光放电PCVD金刚石膜的影响

如何精确、高效地实现对基底温度的测控,并获得优化的温度参数,对于CVD金刚石制备技术至关重要.本文采用自主研制的具有新型基底温度自动控制系统的直流弧光放电PCVD设备,分别进行了基底温度开环、闭环及开闭环复合控制下的金刚石薄膜制备研究,并采用SEM,激光Raman光谱仪对所制备薄膜的形貌品质进行了分析.研究结果表明:基底温控方式的不同会明显影响CVD金刚石膜的晶体、生长特征及品质,尤其造成了薄膜生长中二次形核密度以及非金刚石成分的显著变化;在保证系统稳定运行的前提下,当其它沉积参数恒定时,受控下的基底温度控制精度及控制品质的实时变化是影响CVD金刚石膜生长性能的主要因素,其中控制精度介于±5℃～±15℃间变化,而控制品质受控制方式的影响较大;相对于控制精度而言,控制品质的变化对常规金刚石薄膜生长性能的影响更为明显.对于此系统,只有采用开-闭环复合控制,且开环流量维持在其单独工作流量的20;时,才能保证基底温度控制精度、控制品质及所制备的CVD金刚石薄膜的质量最佳.     

高气压下微晶硅薄膜的生长及微结构研究

通过射频等离子体增强化学气相沉积,在高气压条件下制备了微晶硅薄膜,并用拉曼光谱仪(Ram an)、扫描电镜(SEM)研究了微晶硅薄膜的微观结构。发现沉积速率在5Torr左右出现极大值,薄膜的晶化率随着沉积气压的升高而降低,薄膜表面的晶粒或团簇随着沉积气压的下降而增大,薄膜的粗糙度随着沉积气压的升高而降低。