软X射线反射法测量金属W的光学常量

在同步辐射装置3W1B光束线上测量了软X射线能区50~200 eV金属W薄膜的反射率,并采用最小二乘拟合得到其光学常量.实验采用三种样品：Si衬底单层W超薄膜，Si衬底W/C双层膜，SiO2衬底W薄膜.分别获得金属W光学常量，三种样品的结果分别代表W薄膜光学常量，WC薄膜结合中W薄膜的光学常量及体材料W的光学常量.结果表明,前两者结果与以往发表数据一致性较好，第三种样品的结果则更接近已发表的体材料的结果.通过实验结果和已发表数据的比较，发现随着薄膜厚度的降低，光学常量实部（色散因子）变化不明显，而虚部（吸收因子）随之升高.实验不确定度来源于光谱纯净度和光源稳定性.     

13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜研究

 介绍了13.9 nm马赫贞德干涉仪用软X射线分束镜的设计、制备与性能检测。基于分束镜反射率和透过率乘积最大的评价标准，设计了13.9 nm软X射线激光干涉实验用多层膜分束镜。采用磁控溅射方法在有效面积为10 mm×10 mm、厚度为100 nm的Si3N4基底上镀制了Mo/Si多层膜，制成了多层膜分束镜。利用X射线掠入射衍射的方法测量了Mo/Si多层膜的周期。用扩束He-Ne激光束进行的投影成像方法定性分析了分束镜的面形精度，利用光学轮廓仪完成了分束镜面形精确测量。利用北京同步辐射装置测量了分束镜反射率和透射率，在13.9 nm处，分束镜反射率和透过率乘积达4%。使用多层膜分束镜构建了软X射线马赫贞德干涉仪，并应用于13.9 nm软X射线激光干涉实验中，获得了清晰的含有C8H8等离子体电子密度信息的动态干涉条纹。     

Mo/Si多层膜小角X射线衍射结构表征

为了实现对Mo/Si多层膜的结构表征,测量了多层膜样品的小角X射线衍射谱。介绍了小角X射线衍射谱的分析方法,包括Bragg峰值拟合法,傅里叶变换法,反射谱拟合法。Bragg峰值拟合法和反射谱拟合法得到多层膜的周期厚度为7.09nm,两种模型的反射谱拟合法得到界面的粗糙度(扩散长度)为0.40～0.41nm(Si在Mo上),0.52～0.70nm(Mo在Si上),前者要比后者小,这与透射电镜法(TEM)得到的结果0.40nm(Si在Mo上),0.6～0.65nm(Mo在Si上)是一致的。通过基于扩散模型的反射谱拟合法得到的折射率剖面也与由高倍率透射电镜(HRTEM)积分得到的灰度值剖面在趋势上是一致的。通过X射线衍射谱和TEM图像对Mo/Si多层膜进行综合表征,得到了多层膜的精细结构信息,这对多层膜制备工艺的优化具有十分重要的意义。     

沉积于MgO基片上的La0.7Ca0.3MnO3薄膜的应变弛豫和磁电阻特性

利用90°离轴射频磁控溅射方法将La_0.7Ca_0.3MnO₃(LCMO)沉积于(001)取向的MgO单晶基片上,薄膜厚度变化范围为5nm到200nm. 通过掠入射X射线衍射技术测量了LCMO/MgO薄膜的面内晶格常数, 结合常规X射线衍射研究了LCMO薄膜的晶格应变及其弛豫情况, 用四探针法测量了薄膜的磁电阻特性.结果表明, LCMO/MgO薄膜均为(001)取向生长, 在厚度小于5nm时已经发生应变弛豫, 当薄膜厚度为100nm以上时, 薄膜的微应变接近于完全弛豫, 并表现出与块体材料类似的磁电阻特性, 具有较大的磁电阻和较高的磁电阻峰值温度.     

磁控溅射方法制备直径120mm高均匀性Mo/Si多层膜

为满足极紫外、软X射线和X射线大口径多层膜反射镜的需求,采用基板扫掠过矩形靶材表面的镀膜方法,在直径120 mm的平面基板上镀制了Mo/Si周期多层膜。通过调整基板扫掠过矩形靶材表面的速率修正了薄膜的沉积速率,极大地提高了薄膜厚度的均匀性。采用X射线衍射仪对反射镜不同位置多层膜周期厚度进行了测量,结果表明,在直径120 mm范围内,Mo/Si多层膜周期厚度的均匀性达到了0.26%。同步辐射测量多层膜样品不同位置处的反射率,结果表明,在直径120 mm范围内,多层膜的膜层厚度均匀,在入射角10°时13.75 nm波长处平均反射率为66.82%。     

软X射线（60—900eV）超薄膜的光学常数

用反射率方法测定了软X射线波段(60～900eV)超薄膜的光学常数.反射率测量在同步辐射光束线上完成.对测量数据做非线性最小二乘曲线拟合得出光学常数,同时还精密确定了超薄膜的膜厚与薄膜与基板表面粗度的均方根值.文中介绍了样品制备、反射率测量、数据解析及误差分析的方法,并给出了C、Au、Pt超薄膜的相应结果.     

常压MOCVD生长ZnO薄膜及其性质

用常压MOCVD在蓝宝石 (0 0 0 1)面上生长了氧化锌 (ZnO)薄膜。用AFM、室温PL谱、Hall测量、X射线双晶衍射、卢瑟福背散射 /沟道技术等分析方法研究了样品的表面形貌、结构性能、发光性能和电学性能。AFM分析结果显示 ,薄膜呈六角柱状结晶 ,表面平整 ,粗糙度 (RMS)为 6 .2 5 7nm ,平均晶粒直径达 1.895 μm。室温PL测量该样品在 380nm处有很强的近带边发射 ,半峰全宽为 15nm。使用Hall测量检查了薄膜的电学性质。室温下该样品的载流子浓度为 2× 10 17cm-3 ,迁移率为 75cm2 ·V-1·s-1。用X射线双晶衍射和卢瑟福背散射 /沟道效应研究了薄膜的结晶质量 ,样品的双晶衍射ω扫描半峰全宽为 0 .0 4° ,沟道效应的最小产额比χmin为 3.1%。     

同步辐射软X射线多层膜反射偏振元件研究

利用多靶磁控溅射方法分别镀制了W/C和Mo/Si两种周期性结构多层膜。通过对其相关参数周期数、厚度比以及周期厚度的调整,使薄膜的布拉格衍射峰出现在布儒斯特角附近,两种多层膜的应用能量范围分别落于C的近K边处和Si的L边前。在北京同步辐射装置3W1B光束线的软X射线光学实验站上进行了反射率的测量,得到W/C膜的反射率在214eV时达到4.18%;Mo/Si周期性多层膜的反射率在89eV处达到32.3%。根据测量结果,分析了在同步辐射装置作为偏振元件的可行性     

8.0 nm反射式偏振膜的设计和制备

讨论了软X射线反射式偏振膜的设计原理和方法,利用设计软件模拟设计了8.0 nm处的Mo/B4C偏振膜.对影响多层膜性能的参量进行了详细的误差分析.利用磁控溅射镀膜机进行了偏振膜的制备研究,X射线小角衍射测量了多层膜的周期厚度,测量数据的拟合结果与设计值吻合很好.     

多功能椭偏测厚仪

研究成功一台变入射角反射式消光法多功能智能椭偏测厚仪。实验表明 :仪器的测厚准确度为± 0 1nm ;椭偏参数Ψ和Δ的测量重复性精度分别为± 0 1°和± 0 3° ,适用于纳米级薄膜厚度和折射率的测量     

一种可溯源的光谱椭偏仪标定方法

提出了一种用X射线反射术标定光谱椭偏仪的方法.作为一种间接测量方法,光谱椭偏术测得的薄膜厚度依赖于其光学常数,不具有可溯源性.在掠入射条件下,X射线反射术能测得薄膜的物理厚度,测量结果具有亚纳米量级的精密度且与薄膜光学常数无关.在单晶硅基底上制备了厚度分别为2nm,18nm,34nm,61nm及170nm的SiO2薄膜标样,并用强制过零点的直线拟合了两种方法的标样测量结果,拟合直线的斜率为1.013±0.013,表明该方法可在薄膜厚度测量中标定光谱椭偏仪.     

椭圆偏振光谱实时在线监测与离线分析微晶硅薄膜的生长

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术高速沉积了有无籽晶层两个系列微晶硅薄膜,通过椭圆偏振光谱、拉曼光谱和XRD对薄膜进行了分析,发现采用籽晶层后,在薄膜沉积初期有促进晶化的作用;由于籽晶层减少了薄膜的诱导成核时间,提高了薄膜的沉积速率,对比了实时在线和离线椭圆偏振光谱两种测量状态对分析微晶硅薄膜的影响,研究发现,当薄膜较薄时,实时在线测量得到的薄膜厚度小于离线下的数值;当薄膜较厚时,两种测量条件下得到的薄膜厚度差异较小;实时在线条件下得到的表面粗糙度要大于离线条件下得到的数值,这是由于薄膜暴露在大气中后表面有硅氧化物生成,对表面有平滑作用.     

Analysis of the substrate effects of strain-hardening thin films on silicon under nanoindentation

Mechanical properties of thin films on substrates can be evaluated directly through nanoindentation. For a comprehensive study, thin films should be characterized via Young’s modulus, yield stress and strain-hardening exponent at constant temperature. In this paper, we evaluate these effects of thin films on silicon substrate through finite element analysis. Thin films, from soft to hard relative to the silicon substrate, are investigated in three categories: soft films on hard substrates, soft to hard films on no elastic mismatch substrates, and hard films on soft substrates. In addition to examining the load-displacement curve, the normalized hardness versus normalized indentation depth is checked as well to characterize its substrate effect. We found that the intrinsic film hardness can be acquired with indentation depths of less than 12% and 20% of their film thickness for soft films on hard substrates and for soft to hard films on no elastic mismatch substrates, respectively. Nevertheless, nanoindentation of hard films on soft substrates cannot determine the intrinsic film hardness due to the fact that a soft substrate cannot support a hard film. By examining the von Mises stresses, we discovered a significant bending phenomenon in the hard film on the soft substrate. PACS 61.43.Bn; 62.20.-x; 68.03.Hj; 68.05.Cf; 68.08.De     

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利用微波电子回旋共振等离子体增强型化学气相沉积(ECR-PECVD)采用一步法直接在K9玻璃上低温沉积制备了多晶硅薄膜.研究了不同实验参数对薄膜沉积的影响,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)等实验分析方法对不同条件下制备的样品进行了晶体结构和表面形貌分析,并讨论了多晶硅薄膜沉积的最佳条件.实验结果表明,玻璃衬底上多晶硅薄膜呈柱状生长,并有一定厚度的非晶孵化层;较高氢气比例和衬底温度有利于结晶,薄膜的结晶率达到了62％;晶粒团簇的最大尺寸约为500nm.     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5 nm~114 nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32 nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32 nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

ZnO thin film with nanorod arrays applied to fluid sensor

A ZnO guiding layer with nanorod arrays grown on a 90°-rotated ST-cut (42°45) quartz substrate was used to fabricate a Love wave fluid sensor. ZnO nanorod arrays synthesized on the guiding layer enhance the sensitivity of the flow rate. ZnO thin films were deposited by radio frequency magnetron sputtering and ZnO nanorod arrays were then synthesized on the thin films via the hydrothermal method. The crystalline structure and surface morphology of ZnO thin films and nanorod arrays were examined by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The effects of the thickness of ZnO thin film and the surface morphology of ZnO nanorod arrays on the sensitivity of flow rate were investigated. A linear response between flow rate and the return loss of the sensor with one-port resonator type can be obtained by adjusting the thickness of ZnO thin film and the length of nanorod arrays.     

Effect of film thickness on interface and electric properties of BiFeO3 thin films

Bismuth ferrite (BFO) thin films were fabricated by RF-magnetron sputtering deposition method on Pt/Ti/SiO₂/Si(1 0 0) substrate. The effect of the thickness of BFO films varying from 85 to 280 nm on electrical properties was investigated. Saturated coercive fields were found to increase with the BFO film thickness. The dielectric constant of BFO thin films measured at 1 kHz decreased with decreasing thickness from 98 to 86, while tangent losses increased from 0.013 to 0.021. The presence of bismuth oxide at the interface between BFO films and Pt bottom electrodes was responsible for the high leakage currents in thin BFO thin films as was demonstrated by X-ray diffraction, grazing-incident X-ray diffraction, and secondary ion mass spectroscopy analysis.     

磁控溅射制备铬薄膜的结构和光电学性质(英文)

用直流磁控溅射技术在石英基片上制备不同厚度(5nm～114nm之间)的铬膜.使用X射线衍射仪和分光光度计分别检测薄膜的结构和光学性质,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算铬膜的厚度和光学常量,并采用Van der Pauw方法测量薄膜电学性质.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性能提高,晶粒尺寸增大;在可见光区域,当膜厚小于32nm时,随着膜厚的增加,折射率快速减小,消光系数快速增大,当膜厚大于32nm时,折射率和消光系数均缓慢减小并逐渐趋于稳定;薄膜电阻率随膜厚的增加为一次指数衰减.     

非晶态多层膜和单层膜的低角X射线衍射研究

本文对a-Si:H/(a-SiN_x:H)非晶态周期多层膜和单层膜进行了低角X射线衍射研究。在周期数较少的多层膜衍射的布喇格衍射峰的低角侧发现了一系列次级衍射峰;在单层膜样品的低角衍射中也发现了一系列小峰。对此,我们提出了一个用于计算非晶多层膜和单层膜衍射强度的简单公式,使实验结果得到解释,并提出了一种测量膜厚的方法。 关键词：