二氧化硅及其硅烷自组装膜微观摩擦力与粘着力的研究(Ⅱ)粘着力的实验与分析

使用原子力/摩擦力显微镜,在5%—99%相对湿度范围,研究了二氧化硅和二氧化硅基体上十八烷基三甲氧基硅烷自组装膜(简称OTE SAM/SiO₂)表面粘着力随湿度的变化规律.实验表明,二氧化硅表面的粘着力随湿度的增大先逐渐增大,然后急剧减小.相反,OTE SAM/SiO₂由于其良好的斥水性,表面的粘着力随湿度的增大基本不变.着重从基本界面力,即表面张力、范德瓦耳斯力和基本键合力的形成与变化,分析了二氧化硅表面粘着力随湿度的增大先增后减的原因,探讨了粘着力的产生机理 关键词： 固体表面的物理性能 分子膜 纳米摩擦学     

MoS2/SiO2界面黏附性能的尺寸和温度效应

探索二维材料与其衬底之间的黏附性能对于二维材料的制备、转移以及器件性能的优化至关重要.本文基于原子键弛豫理论和连续介质力学方法,系统研究了尺寸和温度对MoS₂/SiO₂界面黏附性能的影响.结果表明,由于表面效应引起的热膨胀系数、晶格应变和杨氏模量的变化, MoS₂/SiO₂界面黏附能随MoS₂厚度的减小而增大,而热应变使MoS₂/SiO₂界面黏附能随温度的升高而逐渐降低.此外,预测了在不同尺寸和温度下MoS₂在SiO₂衬底上的“脱落”条件,系统阐述了MoS₂与SiO₂衬底之间黏附性能的物理机制,为基于二维材料电子器件的优化设计提供了理论基础.     

同步辐射光激励的二氧化硅薄膜刻蚀研究

利用热氧化法在硅晶片上生长SiO₂薄膜，结合光刻和磁控溅射技术在SiO₂薄膜表面制备接触型钴掩模，通过掩模方法在硅表面开展了同步辐射光激励的表面刻蚀研究，在室温下制备了SiO₂薄膜的刻蚀图样.实验结果表明：在同步辐射光照射下，通入SF₆气体可以有效地对SiO₂薄膜进行各向异性刻蚀，并在一定的气压范围内，刻蚀率随SF₆气体浓度的增加而增加，随样品温度的下降而升高；如果在同步辐射光照射下，用SF₆和O₂的混合气体作为反应气体，刻蚀过程将停止在SiO₂/Si界面，即不对硅刻蚀，实现了同步辐射对硅和二氧化硅两种材料的选择性刻蚀；另外，钴表现出强的抗刻蚀能力，是一种理想的同步辐射光掩模材料. 关键词： 同步辐射刻蚀 接触型钴掩模 二氧化硅薄膜     

快速响应恢复的PI-SiO2/NiI2比色湿度传感器

有机-无机杂化型比色湿度传感器可通过电学信号和颜色变化获取环境湿度,并因其特征颜色区分度高、稳定性好、制备工艺简单等优点,在湿度监测领域具有广阔的应用前景,但其通常响应恢复时间长,从而不利于湿度实时监测.本文在聚酰亚胺(PI)-碘化镍(NiI₂)有机无机杂化材料中掺杂纳米SiO₂微球制备得到PI-SiO₂/NiI₂复合薄膜及比色湿度传感器,对其表面形貌和湿敏特性进行了研究.结果显示, PI-SiO₂/NiI₂薄膜具有蜂巢状的表面形貌,传感器的特征颜色显著,湿度响应时间小于1.5 s,恢复时间小于18 s.研究表明,纳米SiO₂微球掺杂能够较为显著地改善有机-无机杂化型比色湿度传感器的响应恢复特性,这对于传感器性能的提升具有一定参考意义.     

SiO2固态电解质中的质子特性对氧化物双电层薄膜晶体管性能的影响

本文采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在室温条件下制备了具有双电层效应的二氧化硅(SiO₂) 固体电解质薄膜, 并以此SiO₂薄膜作为栅介质制备了氧化铟锌(IZO)双电层薄膜晶体管. 本文系统地研究了SiO₂固体电解质中的质子特性对双电层薄膜晶体管性能的影响, 研究结果表明, 经过纯水浸泡的SiO₂固体电解质薄膜可以诱导出较多的可迁移质子, 因此表现出较大的双电层电容. 由于SiO₂固体电解质薄膜具有质子迁移特性, 晶体管的转移特性曲线呈现出逆时针方向的洄滞现象, 并且这一洄滞效应随着栅极电压扫描速率的增加而增大. 进一步对薄膜晶体管的偏压稳定性进行测试, 发现晶体管的阈值电压的变化遵循了拉升指数函数(stretched exponential function)关系.     

Au/SiO2纳米复合薄膜的微结构及光吸收特性研究

用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO₂纳米多层薄膜.利用透射电子显微镜以及吸 收光谱对Au/SiO₂复合薄膜的微观结构、表面形貌及光学性能进行了表征和测试 .研究结果表明：单层Au/SiO₂薄膜中Au沉积时间小于10s时，分散在SiO_{2< /sub>中的Au颗粒随Au的沉积时间的延长而增大；当沉积时间超过10s后，Au颗粒的尺寸几乎 不随沉积时间变化，但Au颗粒的形状由网络状结构变为薄膜状结构.［Au(t1关键词： 尺寸效应 纳米复合薄膜 吸收光谱 有效媒质理论}     

硅衬底的SrTiO3淀积膜的湿敏特性与机理研究

对无定形多孔SrTiO₃膜电导率随相对湿度的变化进行了理论模型分析.该模型也适用于其他多孔半导体陶瓷材料.实验样品用氩离子束镀膜技术在SiO₂/Si衬底上淀积SrTiO₃膜并制成平面型电阻结构.结果表明，在室温下，当相对湿度从12%变化至53%时，电流缓慢下降；而当相对湿度从53%变化至92%时，电流又显著上升，即在高湿度条件下具有良好的湿敏特性.电流及其在高湿条件下的上升率随测试频率而增大.吸附响应时间明显长于脱附时间. 关键词：     

控制氧化层对双势垒纳米硅浮栅存储结构性能的影响

在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中,利用逐层淀积非晶硅(a-Si)和等离子体氧化相结合的方法制备二氧化硅(SiO₂)介质层.电容电压(C-V)和电导电压(G-V)测量结果表明：利用该方法在低温(250 ℃)条件下制备的SiO₂介质层均匀致密,其固定氧化物电荷和界面态密度分别为9×10¹¹cm^-2和2×10¹¹cm^-2·eV^-1,击穿场强达4.6 MV/cm,与热氧化形成的SiO₂介质层的性质相当.将该SiO₂介质层作为控制氧化层应用在双势垒纳米硅(nc-Si)浮栅存储结构中,通过调节控制氧化层的厚度,有效阻止栅电极与nc-Si之间的电荷交换,延长存储时间,使存储性能得到明显改善. 关键词： 等离子体氧化 二氧化硅 纳米硅 控制氧化层     

反应溅射VN/SiO2纳米多层膜的微结构与力学性能

采用V和SiO₂靶通过反应溅射方法制备了一系列具有不同SiO₂和VN调制层厚的VN/SiO₂纳米多层膜. 利用X射线衍射、X射线能量色散谱、高分辨电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能. 结果表明：在Ar，N₂混和气体中，射频反应溅射的SiO₂薄膜不会渗氮. 单层膜时以非晶态存在的SiO₂，当其厚度小于1nm时，在多层膜中因VN晶体层的模板效应被强制晶化，并与VN层形成共格外延生长. 相应地，多层膜的硬度得到明显提高，最高硬度达34GPa. 随SiO₂层厚度的进一步增加，SiO₂层逐渐转变为非晶态，破坏了与VN层的共格外延生长结构，多层膜硬度也随之降低. VN调制层的改变对多层膜的生长结构和力学性能也有影响，但并不明显. 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">VN/SiO₂纳米多层膜 共格外延生长 非晶晶化 超硬效应     

Mn(SiO2)3(M=Fe,Co,Ni;n=1-3)团簇的几何结构、光电性质及磁性

基于密度泛函理论中的广义梯度近似系统研究M_n(SiO₂)₃(M=Fe,Co,Ni;n=1-3)团簇的几何结构、光电性质和磁学性质.结果表明:Fe,Co原子相对于Ni原子更易于在(SiO₂)₃团簇上聚集;通过分析团簇的分裂途径及其产物,发现稳定性较好的氧化硅是一种很好的用于负载过渡金属"岛膜"的载体材料;M_n(SiO₂)₃团簇的能隙恰好位于近红外光谱范围内.通过磁性分析发现,该复合团簇的磁矩主要局域在过渡金属原子周围,而且,Fe₂(SiO₂)₃和Co₃(SiO₂)₃具有相对较大的磁矩,这主要源于过渡金属原子的d轨道间相互耦合.能隙和磁性两方面性质进一步肯定了二氧化硅磁性复合材料在医学界被用作光动力靶向治疗的可观前景.     

Si-W/Si/SiO2/Si(100)的横截面电子显微镜研究

本文用横截面电子显微镜法分析了Si-W/Si/SiO₂/Si(100)在440—1000℃退火后的晶化过程,以及各个界面的变化情况.发现Si-W合金膜中,WSi₂并未优先在表面、界面处形成晶核.当退火温度不高于700℃时,反应在合金膜内发生,表面、界面起伏和缓.退火温度高达800—1000℃时,界面、表面出现原子扩散,造成剧烈的界面起伏;表面则出现小的热沟槽,Si/SiO₂界面也出现高分辨电子显微镜才能观察到的起伏.表面、界面的原子迁移的动力来源于晶界与表面、界面张力.由于SiO₂中Si—O键很稳定,不易发生Si和O在界面处的互扩散,所以Si/SiO₂界面起伏很小. 关键词：     

溶胶凝胶ZrO2/SiO2宽带减反膜的制备与性能

采用溶胶凝胶法制备得到以正丙醇锆和正硅酸乙酯为前驱体的ZrO₂和SiO₂溶胶,通过TFCalc光学薄膜软件模拟了ZrO₂/SiO₂三层“宽M型”基频二倍频减反膜,并使用提拉法制备得到了该均匀膜层。三层减反膜在527 nm和1053 nm处的透过率约为99.5%,且透过率大于99%的波长范围均超过150 nm。经热处理后的膜层表面均方根粗糙度为1.34 nm,表面平整性良好;并运用1-on-1激光损伤阈值测试方法测得该减反膜的零几率激光损伤阈值达到36.8 J·cm^-2(1064 nm,10.7 ns)。     

纳米SiO2复合对Mg3Sb2基材料热电性能的影响

Mg₃(Sb,Bi)2基热电材料由于其优异的热电性能和较低的成本近来受到广泛的关注.本研究通过将纳米SiO₂复合进成分为Mg_3.275Mn_0.025Sb_1.49Bi_0.5Te_0.01的基体相中,考察其热电输运性能的变化及机制.结果表明,当SiO₂复合进Mg₃Sb₂基材料中时,由于引进大量的微小晶界,能有效地散射声子,促使晶格热导率降低,优化热输运性能,如SiO₂体积含量为0.54%时,室温时热导率由复合前的1.24 W/(m·K)降至1.04 W/(m·K),降幅达到15%;同时其对电子也产生强烈的散射作用,导致迁移率和电导率大幅下滑,结果表现为近室温区功率因子剧烈衰减,恶化了电输运性能.电性能相对于热性能较大降低幅度使得材料在整个测试温区的热电优值没有得到改善.纳米SiO₂作为Mg₃Sb₂     

PVP掺杂-ZrO2溶胶-凝胶工艺制备多层激光高反射膜的研究

以丙醇锆(ZrPr)为锆源，二乙醇胺(DEA)为络合剂，原位引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，在乙醇体系中成功地合成了PVP掺杂-ZrO₂溶胶.采用旋涂法在K9玻璃基片上制备了PVP-ZrO₂单层杂化薄膜.用不同掺杂量的PVP-ZrO₂高折射率膜层与相同的SiO₂低折射率膜层交替沉积四分之一波堆高反射膜.借助小角X射线散射研究胶体微结构，用红外光谱、原子力显微镜、紫外/可见/近红外透射光谱、椭圆偏振仪以及1064nm的强激光辐照实验对薄膜的结构、光学和抗激光损伤性能进行表征.研究发现，体系组成的适当配置可以在溶胶稳定的前提下实现ZrPr的充分水解，赋予薄膜良好的结构、光学和抗激光损伤性能.杂化体系中，DEA与ZPr之间强的配合作用大大降低了ZrO₂颗粒表面羟基的活性，使得PVP大分子只是以微弱的氢键与颗粒的表面羟基作用而均匀分散于ZrO₂颗粒的周围，对颗粒的形成和生长无显著影响.因而在实验研究范围内，随PVP含量的增大，PVP-ZrO₂杂化膜层的折射率和激光损伤阈值均无显著变化.但是，薄膜中均匀分布的PVP柔性链可以有效促进膜层应力松弛，显著削弱不同膜层之间的应力不匹配程度、大大方便多层光学薄膜的制备.当高折射率膜层中PVP的质量分数达到15%—20%时，膜层之间良好的应力匹配使得多层高反射膜的沉积周期数可达到10以上.沉积10个周期的多层反射膜，在中心波长1064nm处透射率约为1.6%—2.1%，接近全反射特征，其激光损伤阈值为16.4—18.2J/cm²(脉冲宽度为1ns). 关键词： 溶胶-凝胶 2')" href="#">PVP-ZrO₂ 高反射膜 激光损伤     

常压百级洁净度环境中SiO2薄膜稳定性

在常压百级洁净度环境下,采用三种不同折射率的SiO₂溶胶在熔石英基底上涂制四种不同薄膜,利用光学理论计算模拟了三种胶体涂制的膜层稳定性,通过实验考查了膜层光学指标随时间的变化规律。SiO₂薄膜能够显著提升光学元件透射率,但由于膜层表面的大量羟基及其多孔结构,SiO₂薄膜易吸附周围环境中的有机污染物及水分填充膜层孔隙,从而导致膜层折射率发生变化,影响膜层透射率、反射率等光学性能。实验结果发现,三种溶胶凝胶化学膜在常压百级环境中的有效期为80 d(绝对变化率小于0.1%),且三种胶体涂制的膜层稳定性由高到低依次为折射率1.19, 1.15, 1.25的膜层。     

3ω法加热/测温膜中温度波解析及其在微/纳米薄膜导热系数测量中的应用

给出了3ω法测试系统中描述薄膜表面加热/测温膜中温度波动的级数形式解，并将复数温度波动的实部和虚部分开表示.利用该解分析了交流加热频率、加热膜宽度和材料热物性的组合参数对加热膜温度波动幅度的影响.并根据此解对测量原理的数学模型进行了修正，建立了相应的3ω测试系统，首先测定了厚度为500 nm SiO₂薄膜的导热系数，验证了实验系统的合理性.加大了测试频率，利用级数模型在高频段直接得到SiO₂薄膜的导热系数，结合低频段的数据同时确定了Si基体的导热系数.利用级数解分析测试了激光晶体Nd:YAG〈111〉面上多层ZrO₂/SiO₂增透膜的导热系数，测试的ZrO₂薄膜的导热系数比体材料小.进行了不确定度分析.结果表明，提出的分析方法可以有效研究微器件表面薄膜结构的导热性能. 关键词： ω法')" href="#">3ω法 微/纳米薄膜 导热系数 微尺度加热膜     

0.5Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3压电薄膜的摩擦、磨损性能

具有准同型相界组分的0.5Ba(Ti_0.8Zr_0.2)O₃-0.5(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃ (BZT-0.5BCT)陶瓷, 表现出优异的铁电、压电性能, 作为一种具有潜在应用前景的无铅压电材料得到广泛关注. 本文采用溶胶-凝胶方法在Si(100)基底上制备了BZT-0.5BCT压电薄膜. 使用原子力显微镜和扫描电子显微镜测量得到样品的形貌图, 形貌图表明该方法制备的无铅压电薄膜表面光滑, 晶粒大小均匀、呈半球形, 直径为80–100 nm, 厚度为1.7 μm, 膜的内部有气孔.摩擦力实验表明, 压电薄膜样品与硅针尖之间存在静电力的作用, 导致其摩擦力远大于硅针尖与SiO₂之间的摩擦力, 但是两者的摩擦系数基本相同.划痕实验表明, BZT-0.5BC薄膜具有很强的法向承载能力, 但是切向抗磨损能力差, 样品的平均弹性模量为23.64 GPa± 5 GPa, 其硬度为2.7–4 GPa, 两者均略低于压电陶瓷Pb(Zr, Ti)O₃材料的体态值. 关键词： BZT-BCT薄膜 纳米摩擦力 纳米压痕 纳米划痕     

SiO2的赝晶化及AlN/SiO2纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO₂层厚度的AlN/SiO₂纳米多层膜，利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能，研究了SiO₂层在多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长方式及力学性能的影响. 结果表明，由于受AlN六方晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的SiO₂层在其厚度小于0.6 nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体并与AlN形成共格外延生长. 由于不同模量的两调制层存在晶格错配度，多层膜中产生了拉、压交变的应力场，使得多层膜产生硬度升高的超硬效应. SiO₂随层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长，多层膜的外延生长结构受到破坏，其硬度也随之降低. 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">AlN/SiO₂纳米多层膜 赝晶化 应力场 超硬效应     

金属Pt薄膜上二氧化钒的制备及其电致相变性能研究

通过引入SiO₂氧化物缓冲层, 在金属Pt电极上利用射频磁控溅射技术成功制备出高质量的VO₂薄膜. 详细研究了SiO₂厚度对VO₂薄膜的晶体结构、微观形貌和绝缘体–金属相变(MIT)性能的影响. 结果表明厚度0.2 μm以上的SiO₂缓冲层能够有效 消除VO₂薄膜与金属薄膜之间的巨大应力, 制备出具有明显相变特性的VO₂薄膜. 当缓冲层达到0.7 μm以上, 获得的薄膜具有明显的(011)晶面择优取向, 表面平整致密, 相变前后电阻率变化达到3个数量级以上. 基于该技术制备了Pt-SiO₂/VO₂-Au三明治结构, 通过在垂直膜面方向施加很小的驱动电压, 观察到明显的阶梯电流跳跃, 证实实现了电致绝缘体–金属相变过程. 该薄膜制备工艺简单, 性能稳定, 器件结构灵活可应用于集成式电控功能器件. 关键词： 二氧化钒薄膜 相变特性 电致相变 阈值电压     

Au/SiO2纳米多层薄膜的制备及其性质表征

利用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO₂纳米颗粒分散氧化物多层复合薄膜.研究了在保持Au单层颗粒膜沉积时间一定时薄膜厚度一定、变化SiO₂的沉积时间及SiO₂的沉积时间一定而改变薄膜厚度时，多层薄膜在薄膜厚度方向的微观结构对吸收光谱的影响.研究结果表明：具有纳米层状结构的Au/SiO₂多层薄膜在560 nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰，吸收峰的强度随Au颗粒的浓度增加而增强，在Au颗粒浓度相同的情况下，复合薄膜 关键词： 2纳米复合薄膜')" href="#">Au/SiO₂纳米复合薄膜 多靶磁控溅射 吸收光谱 有效介质理论