PVT法氮化铝晶体铝面、氮面生长对比分析

在氮气环境下用PVT方法生长氮化铝过程中,氮面和铝面由于表面化学性质不同,生长的主要化学反应速度存在差异。原子在生长表面的迁移能力不同造成单晶表面生长方式差异较大。在基本相同条件下(生长温度、生长温差、生长气压、类似的籽晶、同一台生长设备)进行了铝、氮面氮化铝单晶晶体生长。为了更明显地表现铝氮面的差异,将同一片籽晶分为两半,翻转其中一半让铝氮面同时生长。铝面生长较好的区域形成了明显的晶畴,而氮面生长时生长较好的部分出现了明显的生长台阶,并出现了晶畴边界被生长台阶湮灭的生长现象,进一步通过AFM观测到铝面生长台阶平整但被缺陷所阻隔,晶畴发育明显为各晶畴独立生长。氮面生长台阶没有铝面规则但连续性较强,在原来晶畴边界位置也出现了连续的生长台阶(或台阶簇)。所以籽晶质量不高时氮面生长更容易提高晶体质量,后续的XRD测量结果也证明了氮面生长后的晶体质量明显高于铝面生长的晶体质量。     

5d过渡金属原子掺杂氮化铝纳米管电子结构、磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法, 研究了5d过渡金属原子(Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg)取代AlN纳米管(AlNNTs)中的铝原子或氮原子时体系的几何结构、电子结构和磁性性质; 并且以理想AlN纳米管(AlNNTs)、Al缺陷体系(VAl)和N缺陷体系(VN)的结果作为对比. 研究发现: 5d 原子取代Al(Al5d)时体系的局域对称性接近于C3v, 但是取代N(N5d)时体系的局域对称性偏离C3v对称性较大; 当掺杂的5d元素相同时, Al5d的成键能比N5d的成键能大; 当掺杂体系相同时(Al5d或N5d), 其成键能基本上随着5d原子的原子序数的增大而降低; 掺杂体系中出现了明显的杂质能级, 给出了态密度等结果; 不同掺杂情况的磁矩不同, 总磁矩呈现出较强的规律性. 利用C3v对称性和分子轨道理论解释了过渡金属原子取代Al时杂质能级的产生和体系磁性的变化规律.     

高温退火工艺对直流反应磁控溅射制备蓝宝石基氮化铝模板的影响

采用直流反应磁控溅射与高温退火工艺大批量制备了膜厚为200 nm、400 nm及800 nm的2英寸蓝宝石基氮化铝模板,并对高温退火前后不同膜厚模板使用各种表征手段进行对比分析.结果 表明:采用磁控溅射制备膜厚为200 nm的模板经高温退火后晶体质量得到显著提升,退火前后整片(0002)面和(10-12)面高分辨率X射线衍射摇摆曲线半高宽分别从632 ～ 658 arcsec和2 580 ～2 734 arcsec下降至70.9 ～ 84.5 arcsec和273.6 ～ 341.6 arcsec;模板5 μm×5μm区域内均方根粗糙度小于1 nm;紫外波段260 ～280 nm吸收系数为14 ～20 cm-1;高温退火前后拉曼图谱E2(high)声子模特征峰半高宽从13.5 cm-1降至5.2 cm-1,峰位从656.6 cm-1移动至657.6 cm-1,表明氮化铝模板内的拉应力经高温退火后得到释放,接近无应力状态.     

环境水氧对纳米氮化铝/聚四氟乙烯复合材料摩擦学性能的影响

采用超声分散法制备出纳米氮化铝/聚四氟乙烯(AlN/PTFE)复合材料,使用线性往复摩擦磨损试验机在大气和干燥氩气中对比测试了该复合材料摩擦学性能. 结果表明:大气环境下,纳米氮化铝质量分数为5%时可以将聚四氟乙烯磨损率降低4个数量级[1×10?7 mm3/(N·m)]. 而在同样摩擦测试条件的干燥氩气环境中,使用纳米氮化铝只能将聚四氟乙烯磨损率降低2个数量级[1×10?5 mm3/(N·m)]. 利用三维轮廓仪、扫描电镜、红外光谱仪和光电子能谱仪对金属对偶表面形成转移膜的形貌和化学成分进行分析. 研究发现:大气环境的摩擦过程中,聚四氟乙烯与环境水氧发生摩擦化学反应生成了富含羧酸盐的转移膜,显著提高了复合材料耐磨性能;干燥氩气中,水氧的缺失使复合材料无法在摩擦中生成富含羧酸盐的转移膜,影响材料耐磨性能的进一步提高.      

氮化铝纳米锥的低温生长与场发射性能

考察了在600℃以下通过反应AlCl³+NH₃→AlN+3HCl制备AlN纳米锥的规律,结果表明在500℃时仍可获得AlN纳米锥,当温度为480℃时则无氮化物生成。场发射测试显示在500~600℃温区内制得的AlN纳米锥的开启电场处于14.2~20V·μm^-1范围,且随制备温度升高而减小。本工作的结果表明AlN纳米锥可在低温条件下获得,且具有较好的场发射性能。     

AlN插入层对硅衬底GaN薄膜生长的影响

利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2inch(5.08cm)Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明,随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的nGaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。     

FeMn掺杂AlN薄膜的制备及其特性研究

采用直流磁控共溅射技术, 以Ar与N₂为源气体, 硅片为衬底成功地制备了Fe, Mn掺杂AlN薄膜. 利用X射线衍射和拉曼光谱研究了工作电流、靶基距离等工艺参数的改变对薄膜结构的影响. 利用扫描电子显微镜和能谱分析仪对薄膜的表面形貌和组成成分进行了分析. 利用振动样品磁强计在室温下对Fe, Mn掺杂AlN薄膜进行了磁性表征. Mn掺杂AlN薄膜表现出顺磁性的原因可能是由于Mn掺杂浓度较高, 在沉积过程部分Mn以团簇的形式存在, 反铁磁性的Mn团簇减弱了体系的铁磁交换作用. Fe掺杂AlN薄膜表现出室温铁磁性, 这可能是AlFeN三元化合物作用的结果. 随着Fe 掺杂AlN薄膜中Fe原子浓度从6.81%增加到16.17%, 其饱和磁化强度M_s由0.27 emu·cm^-3逐渐下降到0.20 emu·cm^-3, 而矫顽力H_c则由57 Oe增大到115 Oe (1 Oe=79.5775 A/m), 这一现象与Fe离子间距离的缩短及反铁磁耦合作用增强有关. 关键词： 直流磁控共溅射 氮化铝薄膜 结构 磁性     

中频脉冲磁控溅射制备氮化铝薄膜

使用中频脉冲磁控溅射技术分别在Si（111）、玻璃以及高速钢基底上沉积A1N薄膜，利用X射线衍射、X射线光电子谱、扫描电镜、紫外荧光、FTIR、精密阻抗分析仪等研究了薄膜的结构、光学及电学性质，结果表明，生成的（002）取向多晶A1N薄膜在可见光区域平均透过率超过75％，在紫外区域也具有较高的透过经，在低频交流区域具有良好的绝缘性。     

c轴定向氮化铝薄膜的制备

利用电子回旋共振 (ECR)微波增强化学气相沉积法 (PECVD)并使用氮气 (N2 ) ,氩气 (Ar)和AlCl3蒸气作为气源在直径为 6 .35cm的 (10 0 )单晶硅片表面制备了c轴定向氮化铝 (AlN)薄膜 ,并使用X射线衍射仪及其X射线特征能谱和扫描电镜 (SEM)分析了薄膜特征 ,研究了微波功率、基板温度和N2 流量对薄膜c轴定向的影响 ,得到了c轴偏差角小于 5°的高质量大面积AlN薄膜。