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. 关键词： 3N₄纳米多层膜')" href="#">AlN/Si₃N₄纳米多层膜 外延生长 赝晶体 超硬效应     

Ti-Si-N复合膜的界面相研究

为了揭示Ti_Si_N复合膜中Si₃N₄界面相的存在方式及其对薄膜力学 性能的影响 ，采用x射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、俄歇电子能谱仪和显微硬度仪对比研究了磁 控溅射Ti_Si_N复合膜和TiN/Si₃N₄多层膜的微结构和力学性能. 实 验结果表明 ，Ti_Si_N复合膜均形成了Si₃N₄界面相包裹TiN纳米晶粒的微结构. 其中低Si 含量的Ti_Si_N复合膜中Si₃N₄界面相的厚度小于1nm，且以晶体态 存在，薄膜 呈现高硬度. 而高Si含量的Ti_Si_N复合膜中的Si₃N₄界面相以非晶 态存在，薄 膜的硬度也相应降低. 显然，Ti_Si_N复合膜中Si₃N₄界面相以晶体 态形式存在 是薄膜获得高硬度的重要微结构特征，其强化机制可能与多层膜的超硬效应是相同的. 关键词： Ti－Si－N复合膜 界面相 微结构 超硬效应     

氮化硅薄膜的微结构

利用TEM,STM和PDS显微光度计研究了ECR-PECVD技术制备的Si₃N₄薄膜的微结构.结果表明：在较低沉积温度下，ECR-PECVD制备的Si₃N₄薄膜是一种纳米α-Si₃N₄薄膜，其晶粒粒度在14—29nm间，而且这种薄膜具有较好的表面平整度.初步分析了ECR-PECVD制备的Si₃N₄在较低沉积温度下形成晶态薄膜的机理. 关键词：     

Si3N4/Si表面Si生长过程的扫描隧道显微镜研究

利用原位扫描隧道显微镜和低能电子衍射分析了Si的纳米颗粒在Si₃N₄/Si(111)和Si₃N₄/Si(100)表面生长过程的结构演变.在生长早期T为350—1075K范围内,Si在两种衬底表面上都形成高密度的三维纳米团簇,这些团簇的大小均在几个纳米范围内,并且在高温退火时保持相当稳定的形状而不相互融合.当生长继续时,Si的晶体小面开始显现.在晶态的Si₃N₄(0001)/S 关键词： 氮化硅 扫描隧道显微镜 纳米颗粒     

ECR-PECVD制备Si3N4薄膜沉积工艺的研究

由偏心静电单探针诊断了电子回旋共振等离子体增强化学汽相沉积(ECR-PECVD)反应室内等离子体密度的空间分布规律．结果表明在轴向位置Z=50cm处,直径Φ12cm范围内等离子体密度分布非常均匀．分析了等离子体密度径向均匀性对沉积速率均匀性和薄膜厚度均匀性的影响．讨论了沉积制备一定薄膜厚度的Si₃N₄薄膜的工艺重复性．研究了各种沉积工艺参数与Si₃N₄薄膜沉积速率的相互关系．得到了ECR-PECVD技术在沉积薄膜时的工 关键词：     

SiO2的赝晶化及AlN/SiO2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不同SiO₂层厚度的AlN/SiO₂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SiO₂层在多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长方式及力学性能的影响. 结果表明，由于受AlN六方晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的SiO₂层在其厚度小于0.6 nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体并与AlN形成共格外延生长. 由于不同模量的两调制层存在晶格错配度，多层膜中产生了拉、压交变的应力场，使得多层膜产生硬度升高的超硬效应. SiO₂随层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长，多层膜的外延生长结构受到破坏，其硬度也随之降低. 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">AlN/SiO₂纳米多层膜 赝晶化 应力场 超硬效应     

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.     

C3N4/TiN交替复合膜的微结构研究

采用双阴极封闭型非平衡磁场dc反应磁控溅射离子镀制备C₃N₄/TiN复合交替膜,用X射线光电子能谱法分析了薄膜的组成,测量了薄膜的X射线衍射谱和氮化碳的透射电子衍射图像.氮化碳经氮化钛的强迫晶化作用,生成了β-C₃N₄和c-C₃N₄. 关键词：     

a-Si3N4纳米粒子的激光法制备及能级结构研究

给出激光化学汽相沉积法制备a-Si₃N₄纳米粒子的原理和经验公式,在特定工艺参数下获得平均粒径为6.5nm的优质a-Si₃N₄纳米粒子,用紫外光谱研究其能级结构,发现与小粒子有关的峰状光谱结构和能带分裂现象,描述了a-Si₃N₄纳米粒子的物理结构图象,确认硅错键≡Si—Si≡,硅悬挂键≡Si₃⁰在富硅a-Si₃ 关键词：     

Ga30Sb70/Sb80Te20纳米复合多层薄膜的相变特性研究

采用磁控二靶(Ga₃₀Sb₇₀和Sb₈₀Te₂₀)交替溅射方法制备了新型Ga₃₀Sb₇₀/Sb₈₀Te₂₀纳米复合多层薄膜, 对多层薄膜周期中Ga₃₀Sb₇₀层厚度对相变特性的影响进行了研究. 结果表明, 多层薄膜的结晶温度可以通过周期中Ga₃₀Sb₇₀层厚度进行调节, 且随着Ga₃₀Sb₇₀层厚度的增加而升高. Ga₃₀Sb₇₀/Sb₈₀Te₂₀纳米复合多层薄膜的光学带隙随Ga₃₀Sb₇₀层厚度的增加而增大. 采用皮秒激光脉冲抽运光探测技术研究了多层薄膜的瞬态结晶动力学过程, 利用不同能量密度的皮秒激光脉冲可以实现Ga₃₀Sb₇₀/Sb₈₀Te₂₀多层薄膜非晶态和晶态的可逆转变.     

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.     

Crystallization of amorphous Si3N4 and superhardness effect in HfC/Si3N4 nanomultilayers

HfC/Si₃N₄ nanomultilayers with various thicknesses of Si₃N₄ layer have been prepared by reactive magnetron sputtering. Microstructure and mechanical properties of the multilayers have been investigated. The results show that amorphous Si₃N₄ is forced to crystallize and grow coherently with HfC when the Si₃N₄ layer thickness is less than 0.95 nm, correspondingly the multilayers exhibit strong columnar structure and achieve a significantly enhanced hardness with the maximum of 38.2 GPa. Further increasing Si₃N₄ layer thickness leads to the formation of amorphous Si₃N₄, which blocks the coherent growth of multilayer, and thus the hardness of multilayer decreases quickly.     

TiN/SiO2纳米多层膜的晶体生长与超硬效应

高硬度的含氧化物纳米多层膜在工具涂层上具有重要的应用价值.研究了TiN/SiO2_{2纳米多 层膜的晶体生长特征和超硬效应.一系列具有不同SiO22和TiN调制层厚的纳米多 层膜采用多 靶磁控溅射法制备；采用x射线衍射、x射线能量色散谱、高分辨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，虽然以单层膜形式存在的TiN和SiO22分别形成 纳米晶和非晶结构，它们组成多层膜时会因晶体生长的互促效应而呈现共格外延生长的结构 特 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">TiN/SiO22纳米多层膜 外延生长 非晶晶化 超硬效应}     

AlN/BN纳米结构多层膜微结构及力学性能

用射频磁控溅射法制备了AlN,BN单层膜及AlN/BN纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜结构进行表征.分析表明：单层膜AlN为w-AlN结构,BN为非晶相.AlN/BN多层膜中BN的结构与BN层厚有关.当BN层厚小于0.55nm时,由于AlN层模板的作用,BN发生了外延生长,BN与AlN的结构相同;当BN层厚大于0.74nm时,BN为非晶.AlN/BN多层膜的硬度也与BN层的厚度有关.当BN层厚为1—2个分子层时,AlN/BN多层膜具有超硬效应;当BN层厚增加到0.74 关键词： AlN/BN多层膜 BN结构 超硬效应     

反应溅射VN/SiO2纳米多层膜的微结构与力学性能

采用V和SiO₂靶通过反应溅射方法制备了一系列具有不同SiO₂和VN调制层厚的VN/SiO₂纳米多层膜. 利用X射线衍射、X射线能量色散谱、高分辨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：在Ar，N₂混和气体中，射频反应溅射的SiO₂薄膜不会渗氮. 单层膜时以非晶态存在的SiO₂，当其厚度小于1nm时，在多层膜中因VN晶体层的模板效应被强制晶化，并与VN层形成共格外延生长. 相应地，多层膜的硬度得到明显提高，最高硬度达34GPa. 随SiO₂层厚度的进一步增加，SiO₂层逐渐转变为非晶态，破坏了与VN层的共格外延生长结构，多层膜硬度也随之降低. VN调制层的改变对多层膜的生长结构和力学性能也有影响，但并不明显. 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">VN/SiO₂纳米多层膜 共格外延生长 非晶晶化 超硬效应     

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     

Structure evolution and mechanical properties enhancement of Al/AlN multilayer

A set of Al/AlN multilayers with various modulation periods were prepared using DC magnetron sputtering method. Low angle X-ray diffraction (LAXRD) was used to analyze the layered structure of multilayers. The phase structure of the films was investigated with grazing angle X-ray diffraction (GAXRD). LAXRD results indicate that well-defined multilayer modulation structures are formed for the relatively larger modulation periods. However, the loss of mutilayered structure is detected in the multilayer with low modulation period. A very wide amorphous peak is observed in multilayer with modulation period of 4 nm. The multilayers show obvious crystallization at larger modulation periods, however, the diffraction peaks are much wider than the Al single layer because of the interruption of the continuous columnar grain growth by alternating deposition processes. Nanoindentation experiments were performed to study the mechanical properties as a function of multilayer modulation period. It is found that the hardness of the multilayers is greater than the hardness calculated from rule of mixtures. With the modulation periods adjusted, the multilayers are even harder than its hard component (AlN). A maximum hardness of 24.9 GPa, about 1.9 times larger than its hard component (AlN) and 3.7 times larger than the hardness calculated from the rule of mixtures, is found at the multilayer with modulation period of 16 nm. The wear test results show that the multilayers possess lower and stable friction coefficient, and superior wear properties.     

Radiation damage effects on power VDMOS devices with composite SiO2–Si3N4 films

Total dose effects and single event effects on radiation-hardened power vertical double-diffusion metal oxide semiconductor (VDMOS) devices with composite SiO₂-–Si₃N₄ film gate are investigated. The relationships among the important electrical parameters of the samples with different thickness SiO₂-–Si₃N₄ films, such as threshold voltage, breakdown voltage, and on-state resistance in accumulated dose, are discussed. The total dose experiment results show that the breakdown voltage and the on-state resistance barely change with the accumulated dose. However, the relationships between the threshold voltages of the samples and the accumulated dose are more complex, not only positive drift, but also negative drift. At the end of the total dose experiment, we select the group of samples which have the smaller threshold voltage shift to carry out the single event effect studies. We find that the samples with appropriate thickness ratio SiO₂-–Si₃N₄ films have a good radiation-hardening ability. This method may be useful in solving both the SEGR and the total dose problems with the composite SiO₂-–Si₃N₄ films.