N2分压对ZrN/WN纳米多层膜缺陷性质与力学性能的影响

利用射频磁控溅射系统在不同N₂分压的条件下，制备了一系列ZrN/WN纳米多层膜.借助慢正电子湮没技术分析了样品的缺陷性质，采用纳米压痕仪研究了多层膜的力学性能.结果发现：N₂分压为0.4Pa的多层膜具有最小的空位型缺陷浓度，其中心层和膜基结合层的平均S参数分别为0.4402和0.4641，而较低或较高的N₂分压都可能导致空位型缺陷浓度的增加.随着空位型缺陷浓度的减小，多层膜的硬度和临界载荷增大.对于空位型缺陷浓度最小的多层膜，其硬度和临界载荷达到最大值，分别为34.8GPa和100mN，说明较低的缺陷浓度有利于提高多层膜的力学性能. 关键词： ZrN/WN纳米多层膜 缺陷性质 力学性能 慢正电子湮没     

AIN/Si3N4 纳米多层膜的外延生长与力学性能

采用射频磁控溅射方法制备单层AlN,Si3N4薄膜和不同调制周期的AlN/S3N4纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜进行表征.结果发现,多层膜中Si3N4层的晶体结构和多层膜的硬度依赖于Si3N4层的厚度.当AlN层厚度为4.0 nm、Si3N4层厚度为0.4nm时,AlN和Si3N4层共格外延生长,多层膜形成穿过若干个调制周期的柱状晶结构,产生硬度升高的超硬效应.随着Si3N4层厚的增加,Si3N4层逐步形成非晶并阻断了多层膜的共格外延生长,多层膜的硬度迅速降低,超硬效应消失.采用材料热力学和弹性力学计算了Si3N4层由晶态向非晶转变的临界厚度.探讨了AlN/Si3N4纳米多层膜出现超硬效应的机理.     

纳米铜薄膜塑性变形中空位型缺陷形核与演化的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法模拟了纳米单晶铜薄膜在单向拉伸载荷作用下的塑性变形过程, 重点分析了空位型缺陷的形核过程和演化机理. 在模拟过程中, 采用镶嵌原子势描述原子间的相互作用. 模拟结果表明纳米铜薄膜中塑性变形起源于位错的表面形核, 而空位型缺陷的形核及演化都与晶体内部的位错运动密切相关. 空位型缺陷通常从位错割阶及层错交截处开始形核, 以单空位、层错四面体和不规则空位团等形式存在. 关键词： 纳米薄膜 塑性变形 空位 层错四面体     

Si3N4的晶体化和ZrN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

研究了Si3N4层在ZrN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜微结构与力学性能的影响.一系列不同Si3N4层厚度的ZrN/Si3N4纳米多层膜通过反应磁控溅射法制备.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.结果表明,由于受到ZrN调制层晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于0.9 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,ZrN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的柱状晶,并相应地产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.     

Zigzag型石墨纳米带电子结构和输运性质的第一性原理研究

采用第一性原理电子结构和输运性质计算研究了zigzag型单层石墨纳米带(具有armchair 边缘)的电子结构和输运性质及其边缘空位缺陷效应. 研究发现,完整边缘的zigzag型石墨纳米带是具有一定能隙的半导体带,边缘空位缺陷的存在使得纳米带能隙变小,且缺陷浓度越大,能隙越小,并发生了半导体-金属转变. 利用这些研究结果,将有助于在能带工程中实现其电子结构裁剪. 关键词： 石墨纳米带 空位缺陷 电子结构 输运性质     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4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具有不同Si3N4层厚度的AlN/Si3N4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Si3N4层在AlN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.分析认为,AlN/Si3N4纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关.     

纤铁矿型TiO_2纳米片层结构的稳定性与电子结构研究

采用平面波超软赝势方法研究了纤铁矿型TiO_2纳米片层结构的稳定性和电子结构.结果显示该结构具有较高的稳定性,其带隙比锐钛矿型TiO_2要大0.59 e V,带隙内没有出现表面态.通过对空位缺陷形成能的比较,结果显示这在还原性气氛下纤铁矿型TiO_2纳米片层表面Ti空位的形成能明显低于O空位的形成能,确定出最容易出现的缺陷是-4价的Ti空位,该空位缺陷的出现会使带隙中产生表面缺陷态.与体相内缺陷不同,表面缺陷态可以促进电子和空穴的分离,这些发现可以合理的解释最近的实验结果 .     

Zigzag型石墨纳米带电子结构和输运性质的第一性原理研究

采用第一性原理电子结构和输运性质计算研究了zigzag型单层石墨纳米带(具有armchair 边缘)的电子结构和输运性质及其边缘空位缺陷效应. 研究发现，完整边缘的zigzag型石墨纳米带是具有一定能隙的半导体带，边缘空位缺陷的存在使得纳米带能隙变小，且缺陷浓度越大，能隙越小，并发生了半导体-金属转变. 利用这些研究结果，将有助于在能带工程中实现其电子结构裁剪.     

单空位缺陷诱导的扶手椅型石墨烯纳米带电学性能的转变

本文基于密度泛函理论的第一性原理计算了单空位缺陷对 扶手椅型石墨烯纳米带电学特性的影响. 计算结果表明: 当单空位位于纳米带边缘位置时, 系统结构最稳定. 不同位置上单空位缺陷的引入都会使得原本为半导体的本征 扶手椅型石墨烯纳米带变成金属性; 随着单空位浓度的减小, 其对纳米带能带结构的影响逐渐减弱; 随着纳米带宽度的增大, 表征其金属性的特征值表现出震荡性的减弱. 单空位缺陷诱导的扶手椅型纳米带的半导体特性到金属特性的转变为石墨烯在 电子器件中的应用提供了理论指导. 关键词： 扶手椅型石墨烯纳米带 单空位缺陷 电学性能     

AlN在AlN/VN纳米多层膜中的相转变及其对薄膜力学性能的影响

采用反应磁控溅射制备了AlN/VN纳米多层膜.研究了多层膜调制周期对AlN生长结构的影响以 及纳米多层膜的力学性能.结果表明：小周期多层膜中的AlN以亚稳的立方相(c-AlN)存在并 与VN形成共格外延生长的超晶格.薄膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应.大调制周期下， AlN从立方结构转变为稳定的六方相（h-AlN），并使多层膜形成纳米晶的“砖墙”型结构. 讨论认为VN的模板作用有利于c-AlN的生长，但不能显著提高其临界厚度. 关键词： 薄膜的力学性能 外延生长 亚稳相