硼膜制备工艺、微观结构及其在硼化镁超导约瑟夫森结中的应用

MgB_2材料具备临界转变温度较高、相干长度大、临界电流和临界磁场高等优点,被认为有替代Nb基超导材料的潜力.研究了不同温度下以化学气相沉积法制备的硼(B)薄膜的微观结构.实验结果表明:较低温度沉积的B先驱薄膜为无定形B膜,可以与Mg蒸气反应生成MgB_2超导薄膜;当沉积温度高于550?C时,所得硼薄膜为晶型薄膜;以晶型硼薄膜为先驱膜在镁蒸气中退火,不能生成硼化镁超导薄膜.利用晶型B膜的这一特点,成功制备了以晶型硼薄膜为介质层的硼化镁超导约瑟夫森结.     

双离子束溅射沉积HfO­­2光学薄膜的研究

 用双离子束溅射沉积氧化铪光学薄膜，并对此工艺下制备的氧化铪薄膜进行了光学性质、残余应力、结构特性以及激光损伤特性的研究。实验结果表明，用双离子束溅射沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀,膜层致密,无定形结构，而且具有极低的散射和吸收,均匀的非晶结构,杂质缺陷少,激光损伤阈值高。     

金刚石膜/多孔硅复合材料的性能表征

提出了一种新颖的多孔硅表面钝化技术,即采用微波等离子体辅助的化学气相沉积（MPCVD）方法在多孔硅上沉积金刚石薄膜。采用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光 谱仪和荧光分光度计对多孔硅及金刚石膜的表面形貌、结构和发光特性进行了表征。结果表明采用微波等离子体化学气相沉积法可在多孔硅基片上形成均匀、致密、性能稳定且对可见光具有全透性的金刚石膜。金刚石膜与多孔硅的复合,大大稳定了多孔硅的发光波长和强度,同时增强了多孔硅的机械强度。     

纳米TiO_2薄膜的低温等离子体制备技术

以四氯化钛为源物质,氩气为载气,氧气为反应气体,利用低温等离子体增强化学气相沉积在硅基表面制备出了TiO2薄膜。使用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪等检测分析表征TiO2薄膜的性能与性质,并探讨了工艺条件如基片材料、沉积时间和基片温度对薄膜性能的影响。结果表明:制备的薄膜表面光滑均匀,结构致密,最小晶粒尺寸约15 nm;薄膜的晶型主要依赖于沉积温度,低于300℃沉积的薄膜是无定形的,300℃之上沉积的薄膜是锐钛矿结构。     

前驱B膜沉积时间对MgB_2薄膜超导特性的影响

利用化学气相沉积法(CVD)在多晶Al2O3衬底上制备出了系列MgB2超导薄膜,研究了前驱硼膜沉积时间对MgB2薄膜超导特性的影响,通过XRD、SEM和R-T曲线对超导MgB2薄膜进行了表征。延长前驱硼膜的沉积时间,得到的硼膜结晶度越高,结构更致密。经退火后制备的MgB2薄膜表面富余的Mg可以改善晶粒间的连接,提升T c值。该实验沉积10min前驱硼膜得到的MgB2超导薄膜T c值为34K,且超导转变宽度比较窄。延长前驱硼膜沉积时间到15min后,薄膜的T c值降低,这是由于前驱硼膜较多,Mg和硼反应不充分所导致的。     

立方氮化硼薄膜生长过程中的界面控制

在立方氮化硼薄膜气相生长过程中生成的无定形初期层和乱层结构氮化硼中间层，一直是阻碍立方氮化硼薄膜外延生长的主要原因.系统地分析了硅衬底预处理对立方氮化硼薄膜中无定形初期层成分的影响，发现在等离子体化学气相生长法制备薄膜时，硅衬底上形成无定形初期层的可能原因有氧的存在、离子轰击以及高温下硅的氮化物的形成.在H₂气氛中1200K热处理硅衬底可以有效地减少真空室中残留氧浓度，除去硅表面的自然氧化层，保持硅衬底表面晶体结构.控制衬底温度不超过900 K，就能防止硅的氮化物的形成，成功地除去无 关键词： 立方氮化硼薄膜 等离子体化学气相生长 界面 电子显微镜     

椭圆偏振光谱表征单晶硅衬底上生长的非晶硅和外延硅薄膜

本文采用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术在单晶硅衬底上沉积了两个系列的硅薄膜. 通过对样品进行固定角度椭圆偏振测试, 结果表明第一个系列硅薄膜为非晶硅, 形成了突变的a-Si:H/c-Si异质结构, 此结构在HIT电池中有利于形成好的界面特性, 对于非晶硅薄膜采用通常的Tauc-Lorentz摇摆模型(Genosc)拟合结果很好; 第二个系列硅薄膜为外延硅, 对于外延硅薄膜, 随着膜厚增加晶化率降低, 当外延硅薄膜厚度为46 nm时开始非晶硅生长. 对于外延硅通常采用EMA模型(即将硅薄膜体层看成由非晶硅和c-Si构成的混合层)拟合结果较好, 当硅薄膜中出现非晶硅生长时, 将体层分成混合层和非晶硅两层, 采用三层模型拟合结果很好. 本文证实了椭偏光谱分析采用不同的模型可对单晶硅衬底上不同结构的硅薄膜进行有效表征.     

矫顽力可调的多孔硅基Fe膜

采用电化学腐蚀法制备了不同多孔度的多孔硅(PS),再通过磁控溅射法在该PS衬底上沉积了一定厚度的Fe膜;并对样品进行了X射线衍射的结构分析、扫描隧道显微技术的表面形貌观察和磁光克尔效应的测量.发现在同一Fe膜厚度下，相对于参考样品硅上的Fe膜，多孔硅上Fe膜的矫顽力更大;同时观察到多孔硅基Fe膜随着PS多孔度的增加，矫顽力相应变大;而对于多孔度相同的多孔硅基样品,随着Fe膜厚度的增加矫顽力却逐步减小.得出了多孔硅特有的海绵状疏松结构能有效调节Fe膜矫顽力大小的结论. 关键词： 多孔硅 海绵状结构 Fe薄膜 矫顽力     

溅射无定形硅的紫外-可见椭圆偏振光谱和光学常数

利用作者试制的紫外-可见椭圆偏振光谱仪研究了溅射无定形硅薄膜的光学性质,获得了不同氢分压制备的无定形硅在紫外至可见光谱范围内的n～λ、k～λ等关系,并对结果进行了讨论.     

金刚石薄膜的红外椭圆偏振光谱研究

采用红外椭圆偏振光谱对微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）和热丝化学气相沉积法（H-FCVD）制备的金刚石薄膜在红外波长范围（2.5—12.5μm）的光学参数进行了测量.建立了不同的光学模型，且在模型中采用Bruggeman有效介质近似方法综合考虑了薄膜表面和界面的椭偏效应.结果表明，MPCVD金刚石膜的椭偏数据在模型引入了厚度为77.5nm的硅表面氧化层、HFCVD金刚石膜引入879nm粗糙层之后能得到很好的拟合.最后对两种模型下金刚石薄膜的折射率和消光系数进行了计算，表明MPCVD金刚石薄膜的红外 关键词： 金刚石薄膜 红外椭圆偏振光谱 光学参数 有效介质近似     

单晶硅薄膜面向热导率分子动力学研究

采用非平衡分子动力学方法(NEMD)研究了室温(300 K)下厚度为2～32 nm的单晶硅薄膜的沿膜平面方向的热导率,并使用Debye-Einstein模型对模拟温度进行了量子修正。模拟表明薄膜面向热导率小于相应的大体积值,并随膜厚度减小而减小,具有显著的尺寸效应。在模拟范围内膜面向热导率略大于其法向热导率;与声子气动力论的定性结果一致。晶体的表面弛豫和表面重构现象导致了MD模拟中体系总内能的升高。     

介质靶成象过程分辨率的研究

本文研究了在某些摄象器件、存贮器件或电光显示器件中介质靶诸因素对分辨率的影响。在考虑各向异性介质靶的普遍情况下,推导了由表面电荷光栅图象到电位图象或光象的介质靶的光学传递函数。定量地分析了它的分辨率极限;较详细地讨论了表面漏电和靶而其他介质膜层的引入对分辨率的影响。作为例子,利用TQ-16型计算机计算了摄象管中的硅靶、录象磁带中的聚苯乙烯靶和大屏幕投影电视中的DKDP晶体各向异性介质靶的MTF曲线,从而求得了它们的分辨率,所得结果与国外资料报道的实验曲线和数据很好地吻合。最后,用DKDP晶体所做的实验进一步证实了计算的结果。 关键词：     

硅纳米薄膜法向热导率的进一步分析

应用非平衡分子动力学方法进一步研究了平均温度为300K、厚度为2.715nm-43.44nm的单晶硅薄膜的法向热导率,模拟结果表明,薄膜热导率低于同温度下单晶硅的实验值,存在显著的尺寸效应,当膜厚度在20nm以下时,法向热导率随尺度减小而线性减小,当膜厚度大于20nm时法向热导率随尺度呈现二阶多项式变化。法向热导率的变化规律与面向热导率的变化规律类似,表明薄膜厚度和表面晶格结构对声子传热影响的复杂性。     

ECR-PECVD制备Si3N4薄膜沉积工艺的研究

由偏心静电单探针诊断了电子回旋共振等离子体增强化学汽相沉积(ECR-PECVD)反应室内等离子体密度的空间分布规律．结果表明在轴向位置Z=50cm处,直径Φ12cm范围内等离子体密度分布非常均匀．分析了等离子体密度径向均匀性对沉积速率均匀性和薄膜厚度均匀性的影响．讨论了沉积制备一定薄膜厚度的Si₃N₄薄膜的工艺重复性．研究了各种沉积工艺参数与Si₃N₄薄膜沉积速率的相互关系．得到了ECR-PECVD技术在沉积薄膜时的工 关键词：     

Raman scattering in mosaic silicon carbide films

The Raman spectra of mosaic silicon carbide films grown on silicon substrates by solid-state epitaxy have been studied. The main polytypes forming the film material have been determined. It has been experimentally revealed that the properties of the silicon carbide film are changed after an aluminum nitride film is deposited on the former film. This has been interpreted as a manifestation of good damping properties of the SiC film when layers of other semiconductors are grown on it.     

硅—二氧化硅界面过渡区的XPS研究

本文报道了用X射线光电子能谱的角度效应研究硅-二氧化硅界面过渡区的结果。样品为(111)取向的硅单晶片上低温(700℃)氧化生成的超薄氧化膜,膜的厚度不大于50?。氧化膜与单晶衬底中Si_2p光电子谱峰之间的化学位移(δ)和强度比(I_0x/I_si)随光电子发射角(θ)的变化明显地偏离理想界面所预期的结果,表明在硅-二氧化硅的界面处存在化学比为SiO_x(0yO_4-y(0≤y≤4)型四面体。比较实验曲线与随机成键模型的计算结果,估计出过渡区的宽度不大于20?,小于Si_2p光电子在二氧化硅中的平均逃逸深度。对改变氧化时间结合Ar⁺刻蚀制得的氧化膜厚度不同的样品所作的测量,得到与角度实验相一致的结果。 关键词：     

Thermal conductivity of hydrogenated amorphous silicon

The thermal conductivity of amorphous silicon thin films is measured in one dimension steady state condition. The experimental method is based on heating the sample front surface and monitoring the temperatures at its two sides. The experiments were carried out in conditions ensuring one-direction heat flow from top to bottom throughout the sample thickness. Sputtered a-Si:H films prepared with different conditions are used in order to investigate the dependence of thermal conductivity on material properties (i.e. hydrogen content and microstructure). The results show that, firstly, amorphous silicon is a very bad thermal conductor material. Secondly, the disorder in the film network plays an important role in thermal conduction. The highly disordered film exhibits the lowest thermal conductivity.     

Characterization of heat-assisted magnetic probe recording on CoNi/Pt multilayers

A method of heat-assisted magnetic recording (HAMR) potentially suitable for probe-based storage systems is characterized. In this work, field emission current from a scanning tunneling microscope (STM) tip is used as the heating source. Pulse voltages of 2–7 V were applied to a CoNi/Pt multilayered film fabricated on either bare silicon or oxidized silicon substrates. Different types of Ir/Pt and W STM tips were used in the experiment. The results show that thermally recorded magnetic marks are formed with a nearly uniform mark size of 170 nm on the film fabricated on bare silicon substrate when the pulse voltage is above a threshold voltage. The mark size becomes 260 nm when they are written on the identical film fabricated on an oxidized silicon substrate. The threshold voltage depends on the material work function of the tip, with W having a threshold voltage about 1 V lower than Pt. A synthesized model, which contains the calculation of the emission current, the simulation of heat transfer during heating, and the study of magnetic domain formation, was introduced to explain experimental results. The simulation agrees well with the experiments.     

磷通过热生长二氧化硅层在硅中的扩散

用四探针测量薄层电导方法及阳极氧化去层技术,测定了磷在硅中扩散的具体分布,在恒表面浓度下,它们偏离余误差函数分布。如认为这是由于扩散系数是杂质浓度的函数,实验得到了当杂质浓度大于10¹⁹原子/厘米³时,扩散系数随杂质浓度增加而增大的强烈依赖关系。用同样方法测定了磷通过二氧化硅层后在硅中扩散的具体分布,研究了这些杂质分布的特性,实验表明,不同厚度的氧化层在1300℃高温下仍具有掩蔽效应,在完全掩蔽失效时间附近,杂质分布的共同特点是表面浓度较低(～10¹⁷原子/厘米³)、结较浅(～1微米)。对不同厚度的氧化层,经过足够的时间后,硅中表面浓度不受氧化层厚度的影响,而只由扩散源的蒸气压决定。磷通过氧化层后扩散的具体分布情况还与扩散源的性质、条件等密切相关。扩散过程中观察到的氧化层厚度增长有可能影响表面附近杂质的具体分布情况。     

单晶硅纳米薄膜面向导热MD研究的探讨

本文分析了经典分子动力学(Molecular Dynamics)技术在模拟厚度在纳米量级的单晶硅薄膜平行于薄膜平面方向的热导率时出现的用难,指出精确计算薄膜表面附近处的原子运动状态对于单晶硅纳米薄膜面向热导率的分子动力学模拟具有重要意义,并在此基础上提出采用基于分子动力学和预处理共轭梯度法(Preconditioned conjugate Gradients)的Ab Initio方案模拟面向热导率。