蓝宝石衬底上Gd2O3掺杂CeO2氧离子导体电解质薄膜的生长及电学性能

采用反应磁控溅射方法,在(0001)蓝宝石单晶衬底上,制备了纳米多晶Gd₂O₃掺杂CeO₂(GDC)氧离子导体电解质薄膜,采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)对薄膜物相、结构、粗糙度、表面形貌等生长特性进行了表征,利用交流阻抗谱仪测试了GDC薄膜不同温度下的电学性能;实验结果表明,GDC薄膜为面心立方结构,在所研究的衬底温度范围内,均呈强(111)织构生长;薄膜表面形貌随衬底温度发生阶段性变化：衬底温度由室温升高到300℃时, 关键词： 2O₃掺杂CeO₂电解质薄膜')" href="#">Gd₂O₃掺杂CeO₂电解质薄膜 反应磁控溅射 生长特性 电学性能     

Sr/Si界面沉积SrTiO3初始生长阶段的扫描遂道显微术研究

本文工作利用脉冲激光沉积术(PLD)和超高真空扫描隧道显微术(UHV-STM),研究了在Sr/Si(001)-(2×1)衬底表面上真空室温沉积几个单层SrTiO₃薄膜的初始生长过程.经660 ℃退火处理后,Sr/Si衬底表面上形成了纳米岛状结构.经分析,这些纳米小岛为C49-TiSi₂和 C54-TiSi₂.实验结果表明,在没有氧气的情况下退火,Sr/Si界面无法有效阻止SrTiO₃薄膜与Si衬底之间的相互作用. 关键词： 脉冲激光沉积术(PLD) 扫描隧道显微镜(STM) 3')" href="#">SrTiO₃ 2')" href="#">C54-TiSi₂     

纳米Cu3N薄膜的制备与性能

采用柱状靶多弧直流磁控溅射法，100℃基底温度下在玻璃衬底上制备了纳米氮化铜(Cu3₃N)薄膜.用x射线衍射研究了不同氮气分压对Cu3₃N薄膜晶体结构 及晶粒尺寸的影响.结果显 示薄膜由Cu3₃N和Cu的纳米微晶复合而成，其中Cu3₃N纳米微晶具有 立方反ReO3₃结构.通 过原子力显微镜对薄膜表征显示，膜表面比较光滑，具有较低的粗糙度.x射线光电子能谱对 薄膜表面的成分分析表明，Cu3 _{关键词： 氮化铜薄膜 多弧直流磁控溅射 3}结构')" href="#">立方反ReO3₃结构     

不同衬底上Pb(Zr0.52Ti0.48)O3择优取向铁电薄膜的制备和研究

通过MOD法在Si(100)和Pt(111)/Ti/SiO₂/Si基片上制备出LaNiO₃ ( LNO)薄膜.再通过修 正的Sol-gel法，在Pt(111)/Ti/SiO₂/Si,LNO/Si(100)和LNO/Pt/Ti/SiO_{2< /sub>/Si三种衬底上 制备出具有择优取向的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3铁电薄膜. 经XRD分析表明，L NO薄膜具有(100)择优取向的类钙钛矿结构；PZT薄膜均具有钙钛矿结构，且在Pt(111)/Ti/S iO2/Si衬底上的薄膜以(110)择优取向，在LNO/Pt/Ti/SiO2/Si和LN O/Si(100)衬底上的 薄膜以(100)择优取向.经场发射SEM分析和介电、铁电性能测试表明，在LNO/Si和LNO/Pt/Ti /SiO2/Si衬底上的PZT薄膜的平均粒径、介电常数以及剩余极化强度均比以Pt/T i/SiO2/Si为衬底的薄膜大. 关键词： 3}薄膜')" href="#">LaNiO₃薄膜 PZT铁电薄膜 择优取向 剩余极化强度     

激光分子束外延BaTiO3薄膜最顶层表面原子平面与薄膜生长机理

用激光分子束外延技术在SrTiO₃(001)衬底上外延生长了高质量的BaTiO_{3< /sub>薄膜,薄膜的生长过程由反射式高能电子衍射仪(RHEED)原位实时监测,表明薄膜具有 二维层状生长模式.薄膜的晶体结构和表面形貌分别由X射线衍射和原子力显微镜表征,显示 该薄膜为完全c轴取向四方相晶体结构,其表面具有原子尺度光滑性.采用角分辨X射线光电 子谱技术(ARXPS),研究了BaTiO3薄膜表面最顶层原子种类和排列状况.结果表 明,BaTiO3 关键词： 激光分子束外延 3薄膜')" href="#">氧化物BaTiO3薄膜 最顶层表面 角分辨X射线光电子谱}     

Pb(Zr0.3Ti0.7)O3铁电薄膜激光感生电压效应

采用脉冲激光沉积(PLD)技术在LaSrAlTaO₃(LSATO),LaAlO₃(LAO)和SrTiO₃(STO)的单晶倾斜衬底上成功制备了Pb(Zr_0.3Ti_0.7)O₃(PZT)薄膜,在三种倾斜衬底上生长的PZT薄膜中都首次发现了LIV效应.对PZT/LSATO薄膜在a,c轴两种不同取向择优生长下的LIV效应做了研究,发现在薄膜c轴取向择优生长 关键词： 激光感生电压效应 铁电薄膜 薄膜生长取向 原子层热电堆     

氮化镓/蓝宝石异质结构中极性的研究

用低压金属有机气相外延方法设备在蓝宝石衬底两个相反取向的C面上同时生长六方相氮化镓薄膜,对此进行了扫描电子显微镜、透射电子显微镜的分析和研究.发现当衬底表面是向籽晶面时,生长的六方相氮化镓薄膜为(0001)取向,而当衬底表面是背籽晶面时,生长的氮化镓薄膜则为(0001)取向.     

梯度铝镓氮缓冲层对氮化镓外延层性质的影响

采用金属有机物化学气相沉积系统在硅面碳化硅衬底的(0001)面上生长氮化铝缓冲层,并通过改变3层梯度铝镓氮(Al_xGa_(1-x)N:x=0.8,0.5,0.2)缓冲层的生长温度和氨气流量,制备出了高质量的氮化镓外延层。分别采用X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和拉曼光谱对氮化镓外延层进行表征。实验结果表明,随着氮化镓外延层中张应力的降低,样品的晶体质量、表面形貌和光学质量都有显著提高。在最优的梯度铝镓氮缓冲层的生长条件下,氮化镓外延层中的应力值最小,氮化镓(0002)和(1012)面的摇摆曲线半峰宽分别为191 arcsec和243 arcsec,薄膜螺位错密度和刃位错密度分别为7×10~7cm~(-2)和3.1×108cm~(-2),样品表面粗糙度为0.381 nm。这说明梯度铝镓氮缓冲层可以改变氮化镓外延层的应力状态,显著提高氮化镓外延层的晶体质量。     

基于电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积技术生长GaMnN稀磁半导体的研究

利用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积 (ECR-PEMOCVD)方法,采用二茂锰(Cp₂Mn)作为Mn源,高纯氮气作为氮源,三乙基镓(TEGa)作为Ga源,在蓝宝石(α-Al₂O₃)(0001)衬底上外延生长GaMnN稀磁半导体薄膜.反射高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)表征了GaMnN薄膜的晶体结构和表面形貌.GaMnN薄膜均表现出良好的(0002)择优取向,表明制备的薄膜倾向于 关键词： GaMnN薄膜 稀磁半导体 铁磁性 居里温度     

X射线三晶衍射研究YBa2Cu3Oy超导薄膜

应用X射线三晶衍射对LaAlO₃衬底上生长的YBa₂Cu₃O_y薄膜中的应力水平、存在的主要缺陷,以及薄膜与衬底的失配和取向关系等进行了研究。结果表明,薄膜在衬底上几乎完全松弛,应力很小,薄膜存在较严重的晶格取向差缺陷,这是影响薄膜晶体结构完整性的主要因素。此外,衬底与薄膜在垂直于表面和平行于表面方向都存在取向差。 关键词：     

蓝宝石衬底上GaN/AlxGa1-xN超晶格插入层对AlxGa1-xN外延薄膜应变及缺陷密度的影响

室温300K下,由于Al_xGa_1-xN的带隙宽度可以从GaN的3.42eV到AlN的6.2eV之间变化,所以Al_xGa_1-xN是紫外光探测器和深紫外LED所必需的外延材料.高质量高铝组分Al_xGa_1-xN材料生长的一大困难就是Al_xGa_1-xN与常用的蓝宝石衬底之间大的晶格失配和热失配.因而采用MOCVD在GaN/蓝宝石上生长的Al_xGa_1-xN薄膜由于受张应力作用非常容易发生龟裂.GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层技术是释放应力和减少Al_xGa_1-xN薄膜中缺陷的有效方法.研究了GaN/Al_xGa_1-xN超晶格插入层对GaN/蓝宝石上Al_xGa_1-xN外延薄膜应变状态和缺陷密度的影响.通过拉曼散射探测声子频率从而得到材料中的残余应力是一种简便常用的方法,Al_xGa_1-xN外延薄膜的应变状态可通过拉曼光谱测量得到.Al_xGa_1-xN外延薄膜的缺陷密度通过测量X射线衍射得到.对于具有相同阱垒厚度的超晶格,例如4nm/4nm,5nm/5nm,8nm/8nm的GaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格,研究发现随着超晶格周期厚度的增加Al_xGa_1-xN外延薄膜缺陷密度降低,Al_xGa_1-xN外延薄膜处于张应变状态,且5nm/5nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层Al_xGa_1-xN外延薄膜的张应变最小.在保持5nm阱宽不变的情况下,将垒宽增大到8nm,即十个周期的5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层使Al_xGa_1-xN外延层应变状态由张应变变为压应变.由X射线衍射结果计算了Al_xGa_1-xN外延薄膜的刃型位错和螺型位错密度,结果表明超晶格插入层对螺型位错和刃型位错都有一定的抑制效果.透射电镜图像表明超晶格插入层使位错发生合并、转向或是使位错终止,且5nm/8nmGaN/Al_0.3Ga_0.7N超晶格插入层导致Al_xGa_1-xN外延薄膜中的刃型位错倾斜30°左右,释放一部分压应变.     

Temperature-dependent photoluminescence of GaN grown on β-Si3N4/Si (1 1 1) by plasma-assisted MBE

Photoluminescence (PL) of high quality GaN epitaxial layer grown on β-Si₃N₄/Si (1 1 1) substrate using nitridation-annealing-nitridation method by plasma-assisted molecular beam epitaxy (PA-MBE) was investigated in the range of 5-300 K. Crystallinity of GaN epilayers was evaluated by high resolution X-ray diffraction (HRXRD) and surface morphology by Atomic Force Microscopy (AFM) and high resolution scanning electron microscopy (HRSEM). The temperature-dependent photoluminescence spectra showed an anomalous behaviour with an ‘S-like’ shape of free exciton (FX) emission peaks. Distant shallow donor-acceptor pair (DAP) line peak at approximately 3.285 eV was also observed at 5 K, followed by LO replica sidebands separated by 91 meV. The activation energy of the free exciton for GaN epilayers was also evaluated to be ∼27.8±0.7 meV from the temperature-dependent PL studies. Low carrier concentrations were observed ∼4.5±2×10¹⁷ cm⁻³ by measurements and it indicates the silicon nitride layer, which not only acts as a growth buffer layer, but also effectively prevents Si diffusion from the substrate to GaN epilayers. The absence of yellow band emission at around 2.2 eV signifies the high quality of film. The tensile stress in GaN film calculated by the thermal stress model agrees very well with that derived from Raman spectroscopy.     

硒化锌的气相外延生长

采用改进的气相外延法在(100)GaAs衬底上外延生长了ZnSe单晶膜。最大生长速率为每小时10μm左右。淀积过程的激活能为10kcal/mol。在77K的温度下测量了外延膜的光致发光,4460Å附近可以观察到很强的蓝色发射。外延膜的电阻率～1.1Ω·cm。     

The influence of AlN/GaN superlattice intermediate layer on the properties of GaN grown on Si（111） substrates

AlN/GaN superlattice buffer is inserted between GaN epitaxial layer and Si substrate before epitaxial growth of GaN layer. High-quality and crack-free GaN epitaxial layers can be obtained by inserting AlN/GaN superlattice buffer layer. The influence of AlN/GaN superlattice buffer layer on the properties of GaN films are investigated in this paper. One of the important roles of the superlattice is to release tensile strain between Si substrate and epilayer. Raman spectra show a substantial decrease of in-plane tensile strain in GaN layers by using AlN/GaN superlattice buffer layer. Moreover, TEM cross-sectional images show that the densities of both screw and edge dislocations are significantly reduced. The GaN films grown on Si with the superlattice buffer also have better surface morphology and optical properties.     

等离子增强原子层沉积低温生长GaN薄膜

采用等离子增强原子层沉积技术在低温下于单晶硅衬底上成功生长了Ga N多晶薄膜,利用椭圆偏振仪、低角度掠入射X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对薄膜样品的生长速率、晶体结构及薄膜成分进行了表征和分析.结果表明,等离子增强原子层沉积技术生长Ga N的温度窗口为210—270?C,薄膜在较高生长温度下呈多晶态,在较低温度下呈非晶态;薄膜中N元素与大部分Ga元素结合成N—Ga键生成Ga N,有少量的Ga元素以Ga—O键存在,多晶Ga N薄膜含有少量非晶态Ga_2O_3.     

在6H-SiC衬底上用低压MOVPE法生长AlN和GaN的过程中用(AlN/GaN)多层缓冲层来控制残余应力

人们已提出用BAlGaN四元系材料制备紫外光谱区的光发射器件.GaN和AlN二元系是这种四元材料在器件应用中的基础材料.6H-SiC衬底在氮化物生长中因其晶格失配小是一大优势,而且SiC衬底的热膨胀系数也和AlN的很接近.然而,对于AlN外延层来说,需要控制其中的残余应力,因为在SiC衬底上直接生长的AlN外延层中存在着因晶格失配所产生的压缩应力.另一方面,在SiC衬底上直接生长的GaN外延层中存在着拉伸应力.这种拉伸应力起源于GaN比衬底有着更大的热膨胀系数.本文讨论了在6H-SiC衬底上生长的氮化物外延层中残余应力的类型、数量及控制.为此目的,提出了在6H-SiC衬底上,无论是生长AlN,还是生长GaN,都可以采用(GaN/AlN)多层缓冲层的办法,作为控制残余应力的有效方法.我们还讨论了AlN和GaN外延层的结晶质量和残余应力间的关系.     

石英衬底上GaN薄膜沉积及其光学性能的研究

GaN薄膜材料广泛应用于发光二极管(LED),激光二极管(LD)等光电器件。但是GaN基器件的制备与应用以及器件推广很大一部分取决于其器件的价格,常用的方式是在单晶蓝宝石衬底上沉积制备GaN薄膜样品,单晶蓝宝石衬底晶向择优,可以制备出高质量的GaN薄膜样品,但是单晶蓝宝石衬底价格昂贵,一定程度上限制了其GaN基器件推广使用。如何在廉价衬底上直接沉积高质量的GaN薄膜,满足器件的要求成为研究热点。石英玻璃价格廉价,但是属于非晶体,没有择优晶向取向,很难制备出高质量薄膜样品。本研究采用等离子体增强金属有机物化学气相沉积系统在非晶普通石英衬底上改变氮气反应源流量低温制备GaN薄膜材料。制备之后采用反射高能电子衍射谱、X射线衍射光谱、室温透射光谱和光致光谱对制备的薄膜进行系统的测试分析。其结果表明：在氮气流量适当的沉积参数条件下,所制备的薄膜具有高C轴的择优取向,良好的结晶质量以及优异的光学性能。     

Heteroepitaxial GaN films on silicon substrates with porous buffer layers

New complex buffer layers based on a porous material have been developed for epitaxial growth of GaN films on Si substrates. The characteristics of gallium nitride heteroepitaxial layers grown on silicon substrates with new buffer layers by metal-organic vapor phase epitaxy are investigated. It is shown that the porous buffer layers improve the electric homogeneity and increase the photoluminescence intensity of epitaxial GaN films on Si substrates to the values comparable with those for reference GaN films on Al₂O₃ substrates. It is found that a fianite layer in a complex buffer is a barrier for silicon diffusion from the substrate into a GaN film.     

AlN缓冲层对Si基GaN外延薄膜性质的影响

采用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法制备了不同AlN缓冲层厚度的GaN样品,研究了AlN缓冲层厚度对GaN外延层的应力、表面形貌和晶体质量的影响。研究结果表明：厚度为15 nm的AlN缓冲层不仅可以有效抑制Si扩散,而且还给GaN外延层提供了一个较大的压应力,避免GaN薄膜出现裂纹。在该厚度AlN缓冲层上制备的GaN薄膜表面光亮、无裂纹,受到的张应力为0.3 GPa,（0002）和（1012）面的高分辨X射线衍射摇摆曲线峰值半高宽分别为536 arcsec和594 arcsec,原子力显微镜测试得到表面粗糙度为0.2 nm。     

Microstructural and compositional characteristics of GaN films grown on a ZnO-buffered Si (111) wafer

Polycrystalline GaN thin films have been deposited epitaxially on a ZnO-buffered (111)-oriented Si substrate by molecular beam epitaxy. The microstructural and compositional characteristics of the films were studied by analytical transmission electron microscopy (TEM). A SiO(2) amorphous layer about 3.5 nm in thickness between the Si/ZnO interface has been identified by means of spatially resolved electron energy loss spectroscopy. Cross-sectional and plan-view TEM investigations reveal (GaN/ZnO/SiO(2)/Si) layers exhibiting definite a crystallographic relationship: [111](Si)//[111](ZnO)//[0001](GaN) along the epitaxy direction. GaN films are polycrystalline with nanoscale grains ( approximately 100 nm in size) grown along [0001] direction with about 20 degrees between the (1l00) planes of adjacent grains. A three-dimensional growth mode for the buffer layer and the film is proposed to explain the formation of the as-grown polycrystalline GaN films and the functionality of the buffer layer.