成核层温度对非掺杂GaN外延薄膜结晶质量的影响

利用金属有机化学气相沉积系统(MOCVD),在蓝宝石的(0001)面采用不同的成核层生长温度,通过两步法获得不同质量的GaN外延薄膜.利用HALL测试仪,高分辨X射线衍射仪(HRXRD),原子力显微镜(AFM)和光致发光光谱仪(PL)对GaN薄膜的表面形貌,位错密度,光学性能等进行表征,研究不同的成核温度对GaN外延薄膜晶体质量的影响.结果表明,在成核层生长温度为650℃时,所得到的GaN外延薄膜表面粗糙度和位错密度均达到最低,并且同时具有最高的带边发光峰强度,最高的载流子迁移率以及最低的载流子浓度.过低或过高的成核温度都会导致GaN外延层的晶体质量和光电性能变差.     

高质量GaN薄膜的MOCVD同质外延生长

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在GaN自支撑衬底上同质外延生长了GaN薄膜,得到高质量的GaN外延薄膜.X射线衍射(XRD)结果显示其(002)面摇摆曲线半高宽小于100弧秒,原子力显微镜(AFM)照片上能看到连续的二维台阶流形貌,其表面粗糙度小于0.5nm,其位错密度低于106 cm3.     

低温AlN插入层的生长温度对AlGaN/GaN量子阱应力弛豫作用的影响

利用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)及原子力显微镜(AFM)研究了低温AlN插入层的生长温度对AlGaN/GaN量子阱应力弛豫作用的影响.结果表明,低温AlN插入层不同的生长温度会导致AlGaN/GaN量子阱不同的表面粗糙度及穿透位错密度,并且当生长温度达到640℃时样品中表面粗糙度及穿透位错密度达到最低,同时具有最高的载流子迁移率及带边发光峰强度.在不同的生长温度,低温AlN表面具有不同的表面形貌.不同的表面形貌将直接影响界面处位错主滑移系的开动及位错阻挡机制.通过分析可以得知,低温AlN不同的表面形貌是由于Al原子在不同温度下的不同的迁移机制造成.     

低温GaN形核层的形核速率对GaN外延薄膜晶体质量的影响

采用金属有机化学气相沉积方法系统研究了在蓝宝石衬底上低温GaN形核层的形核速率对GaN外延薄膜晶体质量的影响机理.利用高分辨X射线衍射仪、原子力显微镜、光致发光光谱和Hall测试仪表征材料的位错密度、表面形貌以及光、电学性能.研究结果表明随着形核速率的增加,GaN形核层更倾向于三维生长模式;当形核速率达到1.92(A)/s时退火后生成尺寸为100 nm宽、32 nm高的均匀形核岛,随后生长的未掺杂GaN外延薄膜层的螺型和刃型位错密度以及黄带峰强度达到最小值,并且其具有最高的载流子迁移率和最低的载流子浓度.     

两步法溅射中缓冲层厚度对Ge薄膜质量的影响

采用低温缓冲层技术制备Ge薄膜,利用AFM和Raman光谱研究缓冲层厚度对低温Ge缓冲层残余应变弛豫的影响.实验结果显示:随着缓冲层厚度的增加,残余应变弛豫度增大.在30 nm厚的低温Ge缓冲层上生长800nm厚的Ge外延层.Ge薄膜具有良好的结晶性,表面粗糙度RMS为2.06 nm.     

Si(111)外延GaN的表面形貌及形成机理研究

用高温AlN作缓冲层在Si(111)上外延生长出GaN薄膜.通过对薄膜表面扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)的分析,确定缓冲层对外延层形貌的影响,分析解释了表面形貌中凹坑的形成及缓冲层生长温度对凹坑的影响.结果表明:温度的高低通过影响缓冲层初始成核密度和成核尺寸来影响外延层表面形貌.     

AlN插入层对AlGaN/GaN外延材料电学性能影响

采用MOCVD制备了带有MN插入层AlGaN/GaN异质结构外延材料,对外延材料分别进行了原子力显微镜AFM、双晶XRD以及变温HALL测试.测试结果表明:具有AlN插入层的外延材料表面非常平整,10 μm × 10 μm范围样品的表面均方根粗糙度RMS仅为0.302 nm,AlGaN势垒层衍射峰更尖锐,材料结构特性良好,大大提高了AlGaN/GaN异质结的2DEG面密度和迁移率,280 K和300 K时沟道电子迁移率分别为4736 cm2/V·s和1785 cm2/V·s,比无MN插入层的传统结构得到的结果分别提高了45.7;和23.4;.     

热壁外延制备InAs/Si(211)薄膜及其电学性能研究

采用热壁外延(Hot Wall Epitaxy,HWE)沉积系统在单晶Si(211)衬底表面制备了InAs薄膜,研究了不同生长温度(300℃、350℃、400℃、450℃和500℃)对薄膜材料结构及其电学性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、霍尔(Hall)测试等,对InAs/Si(211)薄膜的晶体结构、表面形貌及电学参数进行了测试分析.结果表明:采用HWE技术在Si(211)衬底表面成功制备了InAs薄膜,薄膜具有闪锌矿结构并沿(111)方向择优生长.随着生长温度从300℃升高到500℃,全峰半高宽(FWHM)先减小后增大,生长温度为400℃时薄膜的晶粒尺寸最大为73.4 nm,载流子浓度达到1022 cm-3,霍尔迁移率数值约为102 cm2/(V·s),说明优化生长温度能够降低InAs薄膜的缺陷复合,使薄膜结晶质量和电学性能得到提高.SEM及AFM的测试结果显示由于较高的晶格失配及Si衬底斜切面(211)的特殊取向,在Si(211)衬底上生长的InAs薄膜主要为三维层加岛状(S-K)生长模式,表面粗糙度(Ra)随温度的升高先减小后增大,400℃时薄膜的平均表面粗糙度Ra为48.37 nm.     

CeO_2缓冲层热处理对Tl-2212薄膜超导特性的影响

本文采用原子力显微镜(AFM)和XRD研究了生长在蓝宝石(11-02)基片上的CeO_2缓冲层在不同的退火温度和退火时间下表面形貌和相结构的变化,以及对Tl-2212薄膜超导特性的影响.AFM和XRD研究表明,CeO_2薄膜在流动氧环境中退火,表面形貌发生显著的变化;CeO_2薄膜在最佳条件下退火后,可获得原子级光滑表面,结晶质量明显提高.实验结果表明,缓冲层的结晶质量和表面粗糙度与Tl-2212薄膜的超导特性密切相关.在经过最佳条件退火后的CeO_2缓冲层上制备了厚度为500 nm无裂纹的Tl-2212超导薄膜,其临界转变温度(T_c)达到107 K,液氮温度下临界电流密度(J_c)为3.9 MA/cm~2(77 K,0 T),微波表面电阻(R_s)约为281 μΩ(77 K,10 GHz).     

低温GaN插入层对AlGaN/GaN二维电子气特性的改善

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN二维电子气(2DEG)材料,在GaN生长中插入一层低温GaN,并研究了低温GaN插入层对二维电子气输运特性的影响.使用原子力显微镜(AFM)和非接触霍尔测试仪测量了材料的表面形貌和电学特性,发现低温GaN插入层可以改善材料表面平整度并使AlGaN/GaN 2DEG的电子迁移率有明显提高,GaN插入层温度为860℃的样品在室温下2DEG的电子迁移率达到2110 cm2/V·s.     

Layer Rigidity in Layer Double Hydroxides Containing a Fixed Host-Layer

Abstract

We report here the first layer rigidity study which has been performed on layer double hydroxides (LDH's) having a fixed-host layer. The LDH materials studied have the chemical formula [(CO₃)_0.195(1?x)Cl_0.39x]:[Zn_0.61Al_0.39(OH)₂], 0≤x≤1. An inter-layer rigidity parameter of p=4.84±0.06 was determined for these compounds from a fit of the standard version of the discrete finite layer rigidity model to the composition-dependence of the normalized basal spacing measured using X-ray diffraction. This result validates the previous results obtained from the more complex, variable-host layer LDH materials.     

蛭石的层电荷调控及机理研究

采用酸改性方法,对河北灵寿蛭石进行了层电荷调控实验,获得了层电荷不同的改性蛭石.分别通过X射线衍射、CEC测试、溶出离子ICP测试、红外光谱分析、差热分析、核磁共振谱分析等对改性蛭石进行了表征,探讨了蛭石层电荷调控的机理.结果表明,蛭石在酸化过程中四面体Si、Al均被溶出,而且Si相对于Al优先溶出,而四面体Al相对于八面体Al优先溶出,Si/Al的减小使蛭石的层电荷增加,但CEC呈先增大后减小的变化趋势.改性蛭石CEC的减小与其层电荷增大有关,层电荷增大使层间阳离子与结构层结合更牢固,因而不易被交换.     

多孔硅层的剥离及反射率研究

通过改变电化学腐蚀电流密度的大小成功剥离了多孔硅层,并分析了多孔硅层的剥离机理,测量了多孔硅层的反射率曲线.结果表明:影响多孔硅层剥离的主要因素是多孔硅的形成临界电流密度,当电化学腐蚀的电流密度增大到100mA/cm2时,已经大于多孔硅的临界形成电流,从而发生了硅片表面的电化学抛光,并且多孔硅层对从近紫外到近红外的整个波段反射率都较低.     

缓冲层厚度对Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术,通过改变Si缓冲层厚度,在p型Si衬底生长了一系列的Ge/Si多层膜样品.利用Raman光谱、X射线小角衍射以及原子力显微镜等分析测试技术,研究了多层薄膜的结晶、膜层结构、表面形貌等性质.结果表明:通过引入缓冲层,在一定程度上可以提高颗粒的结晶性;随着缓冲层逐渐沉积,来自界面态的影响有了明显的减弱,且多层膜结构的生长得到有效改善.红外吸收光谱实验表明多层膜的吸收特性与其周期结构密切相关,因此可以通过改变缓冲层厚度的方法,实现对多层薄膜红外吸收特性的调制.     

金属Ta缓冲层上生长微晶Si薄膜的结晶性研究

利用射频磁控溅射技术,在生长了Ta缓冲层的石英玻璃衬底上采用不同溅射功率下制备了一系列的硅薄膜样品,用拉曼光谱和X射线衍射表征了薄膜的结晶性随溅射功率的变化情况.实验结果表明:随着溅射功率的增加,薄膜逐渐由非晶向微晶过渡,晶粒沿Si(311)面呈柱状生长,功率升高到80 W时薄膜的晶化率达到75.4;,薄膜为典型的微晶结构.继续增加功率,薄膜的结晶性变差,晶化率下降,在60～120 W之间存在一个优化理想的射频溅射功率,在此功率下生长的薄膜样品的结晶性最高.本文还尝试解释了Ta缓冲层在Si晶化过程中的作用.     

熔体分层对BaBiBO4晶体生长的影响

研究在用助熔剂法生长BaBiBO4晶体的过程中,熔体分层对晶体生长的影响.以Li2Mo3O10作为助熔剂,采用自发成核和顶部籽晶两种方法来生长晶体.对于这两种方法得到的晶体,用X射线粉末衍射及拉曼光谱进行了表征,结果显示,在晶体生长过程中,由于熔体分层,导致通过自发成核和顶部籽晶分别得到BaMoO4多晶和LiBaB9O15单晶两种不同的物相.     

原子层沉积二氧化钛薄膜对钙钛矿太阳电池性能的影响

电子传输层是钙钛矿太阳电池的重要组成部分.采用原子层沉积的方法制备二氧化钛薄膜,并将其作为电子传输层制备了平面钙钛矿太阳电池.系统研究了二氧化钛薄膜厚度和退火温度对钙钛矿太阳电池性能的影响.研究结果表明,TiO2的沉积速率约为0.41 ?/cycle,13 nm左右的二氧化钛薄膜能够获得较好的电池性能;后期退火改善了TiO2薄膜的光学和电学性能,但是退火产生的微小裂纹限制了电池的性能,因此,选择90 ℃退火条件下制 备的二氧化钛.最终利用原子层沉积制备的TiO2得到了17.1;的电池效率.     

催化剂膜厚对碳纳米管薄膜生长的影响

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术,以Ni为催化剂,在Si基底上沉积出定向性良好的碳纳米管.用扫描电镜表征了催化剂颗粒大小和相应的碳纳米管形貌.深入研究了催化剂膜厚对碳纳米管牛长的影响.结果表明:不同度的催化剂薄膜经刻蚀形成的颗粒密度、尺寸、分布等对碳纳米管的合成质量起主要作用.催化剂厚度≤5 nm时,形成的颗粒密度较小而且分布不均,制备的碳纳米管产量低、定向性差.催化剂厚度≥15 nm时,形成的颗粒较大,粘连在一起,生长时大部分被非晶碳包覆,几乎没有碳纳米管的生长.催化剂厚度为10 nm时,形成的颗粒密度大、分布较均,制备的碳纳米管纯度高、定向性好.     

基于原子层沉积的氧化锆薄膜工艺优化研究

利用原子层沉积技术(Atomic layer deposition, ALD)进行ZrO2薄膜工艺研究,获得了低温下ZrO2薄膜ALD的最佳工艺条件.分析了在低温下前驱体脉冲时间,吹扫时间生长工艺条件对薄膜性能的影响.以四(二甲基氨)基锆(TDMAZ)和H2O为前驱体,制备了均匀性良好,表面粗糙度低,可见光透过率高,水汽阻挡效果良好的ZrO2薄膜.     

BGO晶体生长固液边界层结构的微区研究

研究了BGO晶体固/液边界层及其两侧晶体和熔体的高温拉曼光谱,分析了BGO晶体生长固/液边界层以及边界层两侧晶体和熔体的结构特征.结果显示,桥氧键Bi-O-Ge和O-Bi-O在晶体和边界层中都存在,而在熔体中消失.说明[GeO4]和[BiO6]结构基团在晶体及边界层中都存在,边界层中的结构已接近晶体结构;但在熔体中[GeO4]结构基团和Bi3+却是两种独立的存在,长程有序的晶体结构消失.并首次报道了BGO晶体固/液边界层的厚度约为50μm.