直流磁控溅射制备AlN薄膜的结构和表面粗糙度

采用直流磁控反应溅射法,在Si(111)基底上成功制备了多晶六方相AlN薄膜.研究了溅射过程中溅射气压对薄膜结构和表面粗糙度的影响.结果表明:当溅射气压低于0.6 Pa时,薄膜为非晶态,在傅里叶变换红外光谱中,没有明显的吸收峰;当溅射气压不低于0.6 Pa时,薄膜的X射线衍射图中均出现了六方相的AlN(100)、(110)和弱的(002)衍射峰,说明所制备的AlN薄膜为多晶态,在傅里叶变换红外光谱中,在波数为677 cm-1处有明显的吸收峰;随着溅射气压的增大,薄膜表面粗糙度先减小后增大,而薄膜的沉积速率先增大后减少,且沉积速率较大有利于减小薄膜的表面粗糙度;在溅射气压为0.6 Pa时,薄膜具有最小的表面粗糙度和最大的沉积速率.     

磁控溅射制备的AlN薄膜的结构、组分及性能分析

采用DC磁控溅射法,分别在p-Si(111)和玻璃基片上沉积AlN薄膜。利用X射线衍射(XRD)、X射线能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、台阶仪\紫外/可见分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析了薄膜的结构组分、表面形貌、膜厚、光学性能和红外吸收特性。结果表明:溅射电流对AlN薄膜的生成有很大的影响,当电流增加到0.40A时,薄膜中出现明显的h-AlN(100)和AlN(110)衍射峰;样品的最大高度都小于30nm;样品在250-1000nm波长范围内具有较高的透射率,当溅射电流为0.4A时,薄膜的禁带宽度约为5.94eV;在677.12cm-1处出现强烈的吸收峰。     

直流磁控溅射制备AlN薄膜的结构和表面粗糙度

采用直流磁控反应溅射法,在Si(111)基底上成功制备了多晶六方相AlN薄膜.研究了溅射过程中溅射气压对薄膜结构和表面粗糙度的影响.结果表明:当溅射气压低于0.6 Pa时,薄膜为非晶态,在傅里叶变换红外光谱中,没有明显的吸收峰;当溅射气压不低于0.6 Pa时,薄膜的X射线衍射图中均出现了六方相的AlN(100)、(11...     

直流磁控溅射生长(002)择优取向AlN薄膜及其光致发光

采用直流反应磁控溅射法,在玻璃衬底上生长了沿(002)择优取向的AlN薄膜,用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对AlN薄膜结构和表面形貌进行表征,并测量了AlN薄膜在405 nm激光激发下的光致发光(PL)光谱。结果表明,在不同氮气含量条件下生长的AlN薄膜均呈(002)择优取向,薄膜表面呈小颗粒密堆积排列,颗粒尺寸在20 nm左右。不同氮气含量条件下生长的AlN薄膜在550 nm处均有较强的由于V_(Al)能级向价带跃迁引起的缺陷能级发光峰;AlN薄膜在589,614,654 nm处也有较弱的缺陷能级发光峰,随着氮气含量增大,缺陷能级发光峰越来越明显,产生原因分别为O_N-O_N缺陷对向V_(Al)-2O_N产生的复合缺陷能级的跃迁、导带向与氧有关的杂质能级(I_O)间的跃迁以及V_(Al)-O_N深能级向价带的跃迁。     

GaN缓冲层对直流反应磁控溅射AlN薄膜的影响(英文)

通过直流磁控反应溅射制备了氮化铝(AlN)薄膜,研究了沉积条件与氮化镓(GaN)缓冲层对薄膜质量的影响。利用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了AlN薄膜的晶体结构和表面形貌。XRD研究结果表明,低工作压强、短靶距和适当的氮气偏压有利于(002)择优取向的AlN薄膜沉积。随着沉积时间的增加,沉积在50 nm厚的GaN缓冲层上的AlN薄膜的(002)面的衍射峰的半高宽急剧减小,而沉积在1μm厚的GaN薄膜上的AlN薄膜的(002)面的衍射峰的半高宽几乎不变。SEM测试结果表明:在沉积的初期,沉积在1μm厚的GaN薄膜上的AlN薄膜的(002)面的晶粒大小分布比沉积在50 nm厚的GaN缓冲层上的AlN薄膜的均匀,而随着沉积时间的增加,它们的晶粒大小分布几乎趋向一致。     

金属微粒-介质复合薄膜(Au-BaO,Cu-BaO)的光吸收

对真空沉积方法制备的贵金属微粒(Au,Cu)与介质(BaO)构成的复合薄膜做了近紫外—可见光吸收光谱分析.两种薄膜的吸收谱有明显不同，Au-BaO薄膜的吸收谱图可观察到等离激元共振吸收和带间跃迁吸收，而Cu-BaO薄膜在可见光波段有几个吸收峰，这是因为Cu微粒在薄膜生长中形成了非常小的颗粒.当贵金属含量不同时，吸收谱有不同的特征. 关键词：     

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560nm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,复合薄膜光学吸收强度随薄膜厚度的增加而增强.但当金属颗粒的浓度增加到一定程度时,金属颗粒相互接触,没有观察到纳米层状结构,薄膜不显示共振吸收峰特征.用修正后的M-G(Maxwell-Garnett)理论对吸收光谱进行了模拟,得到了与实验一致的结果.     

溅射气氛对N掺杂ZnO薄膜性能的影响

利用磁控溅射系统,N₂和Ar作为溅射气体,生长N掺杂ZnO薄膜。溅射气氛中氮气流量分别为0,8,20,32 mL/min,通过改变氮气的流量,研究薄膜性能的变化。结果发现,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的电阻率增加,薄膜中N_O与(N₂)_O的掺杂浓度同时在变大。当氮气流量为8 mL/min时,N的有效掺杂效率最高。另外,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的厚度在减小。     

Er~(3+)、Pr~(3+)共掺杂AlN薄膜的发光特性和能量传递机理

采用离子注入的方法在氮化铝(AlN)薄膜中实现Er~(3+)和Pr~(3+)的共掺杂,以阴极荧光光谱仪为主要表征手段,对其发光特性进行研究.对于Er~(3+)单掺杂的AlN薄膜,在410nm和480nm可以观察到Er~(3+)较强的发光峰,在537nm、560nm、771nm和819nm可观察到Er~(3+)的较弱的发光峰;对于Pr~(3+)单掺杂的AlN薄膜,Pr~(3+)的最强发光峰位于528nm,在657nm和675nm可以观察到Pr~(3+)的较弱的发光峰;而对于Er~(3+)和Pr~(3+)共掺杂的AlN薄膜,在494nm观察到与Pr~(3+)相关的新跃迁峰.根据实验现象,对AlN薄膜中Er~(3+)和Pr~(3+)之间的能量传递机制进行了深入分析,结果表明Er~(3+)的4F7/2→4I15/2能级跃迁与Pr~(3+)的3P0→3H4能级跃迁之间发生了共振能量传递,从而使Pr~(3+)产生了494nm新的发光峰.     

钒掺杂La1.85Sr0.15Cu1-xVxO4＋δ超导体系的结构研究

本文讨论了钒掺杂La1.85Sr0.15Cu1-xVxO4 δ体系的结构.与以往二三价元素掺杂不同,V掺杂的最高掺杂浓度较大,为0.15.精修结果表明,样品中V为 4价,并且全部替代了Cu.晶胞参数a,b随掺杂量x的增加而增加,c随x的增加减小.x=0.10时发生四方-正交相变.随掺杂含量的增加样品结构的变化在红外吸收谱中也有对应.随V含量的增加,500cm-1处的吸收峰的强度和位置都没有变化,这表明V替代在了Cu位.对于350cm-1处的吸收峰,x=0.5时在其附近左侧327cm-1处出现一个吸收峰,当x=0.10时在其右侧400cm-1处又出现一个吸收峰.400cm-1处吸收峰的出现是和四方-正交相变(x=0.10时发生四方-正交相变)相对应的.     

AlN:Cr thin films synthesized by pulsed laser deposition: Studies by X-ray diffraction and spectroscopic ellipsometry

The structure and optical properties of AlN thin films doped with Cr atoms were studied by X-ray diffractometry, Fourier transform infrared spectroscopy and spectroscopic ellipsometry analyses. The films were synthesized by pulsed laser deposition from an AlN:Cr (10% Cr) target onto Si(1 0 0) wafers in vacuum at residual pressure of 10⁻³ Pa or in nitrogen at a dynamic pressure of 0.1 Pa. The study of the XRD patterns revealed that both phases co-existed in the synthesized films and that the amorphous one was prevalent. Two different amorphous matrices, i.e. two types of chemical bond arrangements, were found in films deposited at 0.1 Pa N₂. By difference, deposition in vacuum resulted in the coexistence of hexagonal and cubic crystallites embedded into an amorphous matrix. The introduction of Cr atoms into the AlN lattice causes a broadening of the IR spectrum along with the shift toward higher wavenumbers of the characteristic Al-N bands at 2351 cm⁻¹ and 665 cm⁻¹, respectively. This was related to the generation of a compressive stress inside films. In comparison to the optical constants of pure AlN films, the synthesized AlN:Cr films exhibited a smaller refractive index and showed a weak absorption throughout the 300-800 nm spectral region, characteristic to amorphous AlN structure.     

Optical properties of hexagonal boron nitride thin films deposited by radio frequency bias magnetron sputtering

The optical properties of hexagonal boron nitride (h-BN) thin films were studied in this paper. The films were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, UV--visible transmittance and reflection spectra. h-BN thin films with a wide optical band gap E_g (5.86 eV for the as-deposited film and 5.97 eV for the annealed film) approaching h-BN single crystal were successfully prepared by radio frequency (RF) bias magnetron sputtering and post-deposition annealing at 970~K. The optical absorption behaviour of h-BN films accords with the typical optical absorption characteristics of amorphous materials when fitting is made by the Urbach tail model. The annealed film shows satisfactory structure stability. However, high temperature still has a significant effect on the optical absorption properties, refractive index n, and optical conductivity σ of h-BN thin films. The blue-shift of the optical absorption edge and the increase of E_g probably result from stress relaxation in the film under high temperatures. In addition, it is found that the refractive index clearly exhibits different trends in the visible and ultraviolet regions. Previous calculational results of optical conductivity of h-BN films are confirmed in our experimental results.     

FTIR法研究BCN薄膜的内应力

采用射频磁控溅射技术,用六角氮化硼和石墨为溅射靶,以氩气(Ar)和氮气(N₂)为工作气体,在Si(100)衬底上制备出硼碳氮(BCN)薄膜。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)考察了不同沉积参数(溅射功率为80～130 W、衬底温度为300～500 ℃、沉积时间为1～4 h)条件下制备的薄膜样品。实验结果表明,所制备薄膜均实现了原子级化合。并且沉积参数对BCN薄膜的生长和内应力有很大影响,适当改变沉积参数能有效释放BCN薄膜的内应力。在固定其他条件只改变一个沉积参数的情况下,得到制备具有较小内应力的硼碳氮薄膜的最佳沉积条件：溅射功率为80 W、衬底温度为400 ℃、沉积时间为2 h。     

Structural characterization of AlN films synthesized by pulsed laser deposition

We obtained AlN thin films by pulsed laser deposition (PLD) from a polycrystalline AlN target using a pulsed KrF* excimer laser source (248 nm, 25 ns, intensity of ∼4 × 10⁸ W/cm², repetition rate 3 Hz, 10 J/cm² laser fluence). The target-Si substrate distance was 5 cm. Films were grown either in vacuum (10⁻⁴ Pa residual pressure) or in nitrogen at a dynamic pressure of 0.1 and 10 Pa, using a total of 20,000 subsequent pulses. The films structure was characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and spectral ellipsometry (SE). Our TEM and XRD studies showed a strong dependence of the film structure on the nitrogen content in the ambient gas. The films deposited in vacuum exhibited a high quality polycrystalline structure with a hexagonal phase. The crystallite growth proceeds along the c-axis, perpendicular to the substrate surface, resulting in a columnar and strongly textured structure. The films grown at low nitrogen pressure (0.1 Pa) were amorphous as seen by TEM and XRD, but SE data analysis revealed ∼1.7 vol.% crystallites embedded in the amorphous AlN matrix. Increasing the nitrogen pressure to 10 Pa promotes the formation of cubic (≤10 nm) crystallites as seen by TEM but their density was still low to be detected by XRD. SE data analysis confirmed the results obtained from the TEM and XRD observations.     

沉积温度对一氧化硅薄膜聚集密度的影响

一氧化硅(SiO)薄膜是中短波红外区最常用的光学薄膜之一,高的聚集密度对于提升光谱稳定性和光学薄膜元件的品质非常重要.选用纯度为99.99%的SiO块状材料,在5×10^-4 Pa背景真空中用钼舟蒸发沉积,石英晶振仪将沉积速率控制在1.2~1.5 nm/s范围,硅基片上的膜层厚度约为2.2~2.4 μm,在不同沉积温度下制备样品.用傅里叶红外光谱仪分别测试新鲜薄膜和充分浸湿薄膜的光谱曲线,根据波长漂移理论,计算出薄膜的聚集密度.结果表明:聚集密度随沉积温度的升高而增加,从常温沉积的约0.91上升到250 ℃沉积的0.99以上.     

氮掺入对N型纳米硅薄膜微观结构及光电特性影响

采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)通过改变NH₃流量制备出不同含氮量N型富硅氮化硅硅薄膜。利用Raman散射、红外吸收、紫外-可见光分光光度计及暗态I-V测量等技术分析了氮掺入对薄膜微观结构以及光电特性的影响。结果显示,随着NH₃的增加,薄膜由微晶硅向纳米硅结构转变,薄膜中晶粒尺寸减少,晶化度降低,微观结构有序性降低,所对应薄膜光学带隙增大,而带尾分布变窄。同时,红外吸收谱分析表明,Si—N键合密度增加,P掺杂受阻。暗态I-V测量显示,薄膜电导率随着NH₃掺入整体较微晶硅降低,但随NH₃增加,电导率受到迁移率和载流子浓度等特征共同作用先降低后变大,揭示了影响薄膜电导率的机制存在一定的竞争,然而过高的非晶网络结构将增大载流子的复合导致薄膜电导率显著降低。     

离子束合成钇硅化物的结构及红外谱特征

将稀土金属钇离子注入到n型单晶Si(111)中制备出钇硅化物埋层.利用x射线衍射、卢瑟福背散射和傅里叶红外吸收谱测量分析了样品的结构、原子的埋层分布和振动模式.结果表明，Y离子在注入过程中已与基底中的Si原子形成了YSi2结构相.真空下的红外光辐照处理促使YSi2择优取向生长，埋层中Si与Y的平均原子浓度比由24下降为20，与六方YSi2的化学计量比一致.还给出了钇硅化物的特征红外吸收谱.     

沉积压力对氢化非晶硅薄膜特性的影响

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)系统,以乙硅烷和氢气为气源,普通钠钙玻璃为衬底制备了氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜,研究了沉积压力对非晶硅薄膜的沉积速率、光学带隙以及结构因子的影响。采用台阶仪、紫外可见分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜等手段分别表征了a-Si∶H薄膜的沉积速率,光学带隙、结构因子和表面形貌。结果表明： 随着沉积压力的增加,沉积速率呈现先上升后下降的趋势,光学带隙不断下降。当沉积压力小于210 Pa时,以SiH键存在的H原子较多,而以SiH₂或SiH₃等形式存在的H较少; 当沉积压力大于210 Pa时,以SiH₂,(SiH₂)_n或SiH₃等形式存在的H较多。通过结构因子的计算,发现沉积压力在110～210 Pa的范围内沉积的薄膜质量较好。