基于原子层沉积技术的高精度多层膜X射线菲涅尔波带片的制备研究

基于原子层沉积与聚焦离子束切割抛光相结合的工艺,提出了一种多层膜型波带片制备技术。利用耦合波理论计算出最外环宽为10 nm的Al_2O_3/HfO_2、Al_2O_3/SiO_2、Al_2O_3/Ir和Al_2O_3/Ta_2O_5四种材料组合的多层膜波带片在X射线能量为8 keV和15 keV时的菲涅尔波带片的理论衍射效率,讨论了最外环宽和波带片高度对衍射效率的影响,选择了Al_2O_3/HfO_2为后续叠层制备。研究了原子层沉积制备Al_2O_3和HfO_2薄膜的生长特性,验证了原子层沉积技术制备单层膜厚为10 nm叠层结构的可行性,实验结果表明,利用原子层沉积技术制备Al_2O_3和HfO_2薄膜粗糙度可控在1 nm,均匀性优于±1.5%,单叠层厚度误差仅为0.416 nm.同时,利用聚焦离子束切割抛光技术得到了最外环宽为10 nm,高宽比200的高分辨率X射线菲涅尔波带片。     

TiN/Al2O3纳米多层膜的共格外延生长及超硬效应

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同Al₂O₃调制层厚度的TiN/Al₂O₃纳米多层膜. 利用X射线能量色散谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的成分、微结构和力学性能. 研究结果表明，在TiN/Al₂O₃纳米多层膜中，单层膜时以非晶态存在的Al₂O₃层在厚度小于1.5 nm时因TiN晶体层的模板效应而晶化，并与TiN层形成共格外延生长，相应地，多层膜产生硬度明显升高的超硬效应，最高硬度可达37.9 GPa. 进一步增加多层膜中Al₂O₃调制层的层厚度，Al₂O₃层逐渐形成非晶结构并破坏了多层膜的共格外延生长，使得多层膜的硬度逐步降低. 关键词： 2O₃纳米多层膜')" href="#">TiN/Al₂O₃纳米多层膜 外延生长 非晶晶化 超硬效应     

顶栅石墨烯离子敏场效应管的表征及其初步应用

传统的液栅型石墨烯场效应管虽然灵敏度高, 但是石墨烯沟道极易被污染, 致使器件的稳定性减小, 不能被重复利用. 为此, 我们设计制造了一种顶栅石墨烯离子敏场效应管, 以化学气相沉积生长的石墨烯为沟道, 通过原子层沉积在石墨烯表面沉积绝缘层HfO₂/Al₂O₃, 其中Al₂O₃作为敏感膜, HfO₂/Al₂O₃作为石墨烯及电极的保护膜. 经过一系列的电学表征和测试发现, 相较于液栅型石墨烯场效应管, 顶栅石墨烯场效应管具有更高的信噪比、更好的稳定性. 为了利用顶栅石墨烯进行生物分子的检测, 我们将单链DNA修饰在Al₂O₃表面, 成功检测到了修饰DNA前后的信号差异, 并结合荧光修饰的表征验证了顶栅石墨烯场效应管用于生物传感器的可行性.     

HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀

多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件. 为了满足国内强激光系统的迫切需求,首先利用考夫曼型离子束刻蚀机开展了HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀实验研究. 采用纯Ar及Ar和CHF₃混合气体作为工作气体进行离子束刻蚀实验,获得了优化的离子源工作参数. 结果表明,与纯Ar离子束刻蚀相比,Ar和CHF₃混合气体离子束刻蚀时的HfO₂/光刻胶的选择比大. HfO₂的离子束刻蚀过程中再沉积效应明显,导致刻蚀光栅占宽比变大. 根据刻蚀速率分布制作的掩模遮挡板可以提高刻蚀速率均匀性,及时清洗离子源和更换灯丝,可保证刻蚀工艺的重复性. 利用上述技术已成功研制出多块最大尺寸为80 mm×150 mm、线密度1480线/mm、平均衍射效率大于95%的HfO₂顶层多层介质膜脉宽压缩光栅. 实验结果与理论设计一致,为大口径多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀提供了有益参考. 关键词： 光栅 多层介质膜 离子束刻蚀     

反应磁控溅射ZrN/AlON纳米多层膜的晶体生长和超硬效应

采用Zr靶和Al₂O₃靶通过在Ar，N₂混合气氛中进行反应磁控溅射的方法制备了不同AlON调制层厚和不同ZrN调制层厚的两个系列的ZrN/AlON纳米多层膜.利用X射线能量色散谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针研究了多层膜的成分、微结构和力学性能.结果表明，在Ar，N₂混合气氛中对Al₂O₃进行溅射的过程中，N原子会部分取代Al₂O₃中的氧原子，形成AlON化合物.在ZrN/AlON纳米多层膜中，由于受到ZrN晶体调制层的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的AlON层在其厚度小于0.9nm时被强制晶化并与ZrN层形成共格外延生长；相应地，多层膜的硬度明显提高，最高硬度达到33.0GPa.进一步增加多层膜中AlON调制层的厚度，AlON层形成非晶结构，破坏了多层膜的共格外延生长，导致其硬度逐步降低. 关键词： ZrN/AlON纳米多层膜 外延生长 非晶晶化 力学性能     

原子层沉积方法制备核-壳型纳米材料研究

采用原子层沉积方法在碳黑纳米颗粒表面分别沉积Al₂O₃, ZnO, TiO₂和Pt, 成功制备出核-壳型纳米材料. 通过高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、 能谱仪对材料的表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析. 结果表明, 原子层沉积方法是制备核壳型纳米材料的理想方法. 此外, 还分析了采用原子层沉积方法沉积不同材料, 所生长的薄膜材料有单晶、多晶、非晶等多种存在形式的形成原因. 关键词： 原子层沉积 核-壳型纳米材料 碳黑纳米颗粒     

γ射线作用下氧化铪基MOS结构总剂量效应研究

使用原子层淀积方法得到了7.8 nm厚度的HfO₂薄膜并通过直接溅射金属铝电极得到了Al/HfO₂/Si MOS电容结构,测量得到了HfO₂基MOS结构在60Co γ射线辐照前后的电容-电压特性,使用原子力显微镜得到了HfO₂薄膜在辐照前后的表面微观形貌,使用X射线光电子能谱方法测量得到了HfO₂薄膜在辐照前后的化学结构变化。研究发现,使用原子层淀积方法制备的HfO₂薄膜表面质量较高;γ射线辐照在HfO₂栅介质中产生了数量级为1012 cm-2的负的氧化层陷阱电荷;HfO₂薄膜符合化学计量比,介质内部主要的缺陷为氧空位且随着辐照剂量的增加而增加,说明辐照在介质中引入了陷阱从而导致MOS结构性能的退化。     

软X射线相位型聚焦波带片的研制

软X射线波带片是软X射线光学中聚焦、色散和成像的重要元件。以激光全息-离子束刻蚀技术制作金的振幅型软X射线聚焦波带片,以此为掩模,利用接触式同步辐射光刻和离子束刻蚀技术在聚酰亚胺衬底上,分别制作出了镍和锗的软X射线相位型聚焦波带片。     

YBa2Cu3O7-x涂层导体的外延生长和性能对CeO2缓冲层的依赖性

利用倾斜衬底沉积法在无织构的金属衬底上生长了MgO双轴织构的模板层,在这一模板层上实现了YBa₂Cu₃O_7-x薄膜的外延生长.在外延YBa₂Cu₃O_7-x薄膜前,依次沉积了钇稳定的立方氧化锆和CeO₂作为缓冲层.利用X射线衍射2θ扫描、扫描、Ω扫描和极图分析测定了这些膜的结构和双轴织 关键词： 2Cu₃O_7-x镀膜导体')" href="#">YBa₂Cu₃O_7-x镀膜导体 2缓冲层')" href="#">CeO₂缓冲层 厚度依赖性 外延生长     

电子束和X射线双曝光制作大高宽比高分辨率的X射线波带片

介绍了利用电子束和 X射线束双曝光技术制作大高宽比高分辨率的 X射线聚焦或色散元件的新方法 (波长范围为 1～ 5 nm )。所制做的厚度为 10μm的 Au波带片具有 30个波带 ,最外环的宽度为 0 .5μm。实验表明 :对 8ke V的X射线来说 ,波带片的衬度大于 10 ,分辨率为 0 .5 5μm,焦距为 2 1.3cm。     

46.2W连续输出808nm高功率无铝半导体激光线阵模块

利用InGaAs/InGaAsP应变量子阱外延材料制作出高功率半导体激光器线阵模块,前腔面镀制了单层Al₂O₃,后腔面镀制了Al₂O₃/5(HfO₂/SiO₂)/HfO₂,采用无氧铜热沉和高效率的液体冷却器散热。在室温下,驱动电流50A时输出功率高达46.2W,最高电光转换效率41.3%,斜率效率1.15W/A。器件中心激射波长810nm,波长温度系数为0.28nm/℃,光谱半峰全宽(FWHM)₃nm,寿命突破11732h。     

NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析

采用X射线衍射和X射线光电子能谱实验手段对不同厚度的NiTi薄膜相变温度的变化进行了分析.结果表明在相同衬底温度和退火条件下,3?μm厚度的薄膜晶化温度高于18?μm厚度的薄膜.衬底温度越高,薄膜越易晶化,退火后薄膜奥氏体相转变温度As越低.薄膜的表面有TiO₂氧化层形成,氧化层阻止了Ni原子渗出;膜与基片的界面存在Ti₂O₃和NiO.由于表面和界面氧化层的存在,不同厚度的薄膜内层的厚度也不同,因而薄膜越薄,Ni原子的含量就越高.Ni原子的含量的不同会影响薄膜的相变温度. 关键词： NiTi合金薄膜 X射线衍射 相变 X射线光电子能谱     

基于HfO2插层的Ga2O3基金属-绝缘体-半导体结构日盲紫外光电探测器

作为一种新兴的超宽带隙半导体, Ga₂O₃在开发高性能的日盲紫外光电探测器方面具有独特的优势.金属-半导体-金属结构因其制备方法简单、集光面积大等优点在Ga₂O₃日盲紫外光电探测器中得到了广泛的应用.本文在传统的金属-半导体-金属结构Ga₂O₃日盲紫外光电探测器的基础上,利用原子层沉积技术引入高介电性和绝缘性的氧化铪(HfO₂)作为绝缘层和钝化层,制备出带有HfO₂插层的金属-绝缘体-半导体结构的Ga₂O₃日盲紫外光电探测器,显著降低了暗电流,提升了光暗电流比,同时提高了器件的比探测率和响应速度,为未来Ga₂O₃在高性能弱光探测器件制备提供了一种新通用策略.     

等离子增强原子层沉积低温生长AlN薄膜

采用等离子增强原子层沉积技术在单晶硅基体上成功制备了AlN晶态薄膜, 利用椭圆偏振仪、原子力显微镜、小角掠射X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、 X射线光电子能谱仪对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析, 结果表明, 采用等离子增强原子层沉积制备AlN晶态薄膜的最低温度为200 ℃, 薄膜表面平整光滑, 具有六方纤锌矿结构与(100)择优取向, Al_2p与N_1S的特征峰分别为74.1 eV与397.0 eV, 薄膜中Al元素与N元素以Al-N键相结合, 且成分均匀性良好. 关键词： 氮化铝 等离子增强原子层沉积 低温生长 晶态薄膜     

限制电流对Ta/BaTiO3/Al2O3/ITO忆阻器的开关比和稳定性调控

利用磁控溅射技术沉积了Ta/Ba Ti O₃/Al₂O₃/ITO多层薄膜,观察到该结构中的电阻开关现象受到限制电流的调控.在限制电流大小为10^–2 A时,器件中的电阻开关现象达到最优. Ta/Ba Ti O₃/Al₂O₃/ITO多层薄膜的电阻开关具有良好的可重复性和稳定性.本文使用空间限制电流的传导模型对Ta/Ba Ti O₃/Al₂O₃/ITO器件中受限制电流调控的电阻开关传导机理进行了解释.     

热原子层沉积钛掺杂氧化镓薄膜的光学性能

在250℃的低温下，以三甲基镓、四(二甲氨基)钛为前躯体源，O₃为反应气体，采用热原子层沉积制备了Ti掺杂Ga₂O₃(TGO)薄膜。Ga₂O₃和TiO₂的生长速率分别为0.037 nm/cycle和0.08 nm/cycle,TGO薄膜厚度低于理论计算值。X射线光电子能谱仪测试结果表明膜中Ti浓度随Ga₂O₃/TiO₂循环比减少而增加，O 1s、Ga 2p和Ti 2p的峰位置向较低的结合能移动，这是因为Ti原子取代了Ga原子的某些位点引起了结合能降低，表明Ti元素成功掺杂到Ga₂O₃薄膜中。TiO₂和Ga₂O₃的芯能级光谱分析表明薄膜中存有Ti⁴⁺和Ga³⁺离子。TGO薄膜的O 1s芯能级光谱中Ga-O键随着Ti-O键含量增加而下降，表明T...     

中红外仿生复合微纳结构减反射表面研究

利用原子层沉积技术共形生长的特点,同时利用自组装掩模刻蚀技术,在单晶硅基底上制备了具有低深宽比和满占空比特点的Al₂O₃-Si复合微纳结构表面。光谱反射率测试结果表明,在底端满占空比、微结构深宽比接近1:1的情况下,入射角在8°时复合微纳结构表面在3～5μm谱段的平均反射率小于3.5%。纳米压痕测试结果表明,Al₂O₃-Si复合微纳结构表面的弹性恢复率较单一硅基底结构增加10.14%,证明沉积氧化铝薄膜具有提升抗反射微纳结构力学性能的作用。     

Al2O3绝缘层的AlGaN/GaN MOSHEMT器件研究

在研制AlGaN/GaN HEMT器件的基础上,采用ALD法制备了Al₂O₃ AlGaN/GaN MOSHEMT器件.通过X射线光电子能谱测试表明在AlGaN/GaN异质结材料上成功淀积了Al₂O₃薄膜.根据对HEMT和MOSHEMT器件肖特基电容、器件输出以及转移特性的测试进行分析发现：所制备的Al₂O₃薄膜与AlGaN外延层间界面态密度较小,因而MOSHEMT器件呈现出较 关键词： 2O₃')" href="#">Al₂O₃ ALD GaN MOSHEMT     

低维黑磷的合成及其抗氧化研究

二维黑磷（2D-BP）和黑磷量子点（BP-QDs）等低维黑磷材料在结构和光电性能方面表现出巨大的潜在应用价值,但其仍面临着合成不可控和抗氧化性差等问题。通过引入微波法实现了低维黑磷的简便、低成本合成;研究了微波退火温度和退火时间对低维黑磷结构、形貌和光致发光性能的影响;通过原子层沉积法在BP-QDs样品表面沉积氧化铝（Al₂O₃）保护层,研究了Al₂O₃薄膜厚度对BP-QDs抗氧化性的影响。结果表明：随着微波退火温度的增加,量子点尺寸逐渐减小,光致发光发射峰出现蓝移,这说明反应温度会影响材料的尺寸,进而影响其带隙和光致发光特性;当微波退火时间持续增加时,黑磷纳米片被逐渐剥离并形成BP-QDs;当微波退火温度和时间分别为250℃和4 h时,BP-QDs分布均匀且尺寸更小;随着Al₂O₃膜厚的增加,保护性能越来越好;当Al₂O₃薄膜厚度为20 nm时,BP-QDs在空气中的抗氧化性最佳。     

多层介质膜脉冲压缩光栅近场光学特性分析

利用傅里叶模式理论分析了TE波自准直角入射的使用条件下，多层介质膜光栅的光栅区和多层膜区电场分布的特点.分别讨论了HfO₂和SiO₂为顶层光栅材料时，光栅结构参数对光栅脊峰值电场的影响，结果表明，对于不同膜厚的顶层材料，存在一个最佳膜厚度，使光栅脊峰值电场最小，并且当膜厚增大时，设计大高宽比的光栅可以降低该电场峰值.最后，在大角度条件下使用多层膜光栅也可以降低光栅脊处的峰值电场. 关键词： 衍射光学 多层介质膜光栅 模式理论 损伤阈值