Cu2O薄膜的电化学沉积和生长机理研究

采用酸性醋酸铜体系,在透明导电玻璃(ITO)上恒电位沉积Cu2O薄膜,研究阴极还原Cu2O的电化学行为,利用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(SEM)分析了Cu2O薄膜的微观结构和表面形貌,通过控制电沉积时间,研究Cu2O薄膜的表面形貌变化规律,讨论了Cu2O的生长机理.     

氩氧混合气体及纯氧气氛下脉冲激光沉积法制备YBa2Cu3O7-δ超导薄膜的研究

利用脉冲激光沉积法(PLD)在保证其它实验参数不变的情况下,分别在Ar∶O2为3∶1和纯O2的气氛中,在(001) SrTiO3 (STO)基片上制备了外延的高质量YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜.X射线衍射表明在氩氧混合气体下制备的YBCO薄膜具有更好的结晶质量.扫描电子显微镜测量结果发现:相比于纯O2氛围下制备的YBCO样品,在氩氧混合氛围中制备的薄膜表面具有较小颗粒密度.通过四引线法获得YBCO薄膜的归一化电阻(R/R100K)随温度(T)的变化关系发现,虽然对应不同氛围制备的YBCO薄膜的零电阻转变温度均为90.0K,但是,对应氩氧混合气体的YBCO具有更小的正常态电阻.研究结果表明脉冲激光制备YBCO的过程中,引入氩气可以改善YBCO薄膜的结构和性能.     

磁控溅射Cu薄膜的光电性能研究

利用磁控溅射技术,通过正交试验设计方法,在K9光学玻璃基底上制备了Cu薄膜,研究了溅射时间、基底温度和氩气流量对Cu薄膜光电性能的影响.研究表明:Cu薄膜的透射谱在紫外波段362 nm处有明显吸收峰,但在可见光波段吸收强度较弱,说明Cu膜在可见波段有较高的透光性;膜厚度增加则光学透射率降低.电阻率随膜厚的增大,大体上呈逐渐减小的趋势;1100 nm 为临界尺寸,Cu膜厚度<1100 nm时,电阻率值变化较快;Cu薄膜厚度>1100 nm时,电阻率变化缓慢至定值.当溅射时间为25 min、基底温度为300 ℃、氩气流量为6.9 sccm时所得样品在紫外-可见光区没有吸收,且导电性好.     

碳化气体引入温度对3C-SiC薄膜生长的影响

通过低压化学气相沉积方法,在Si(100)衬底上生长了高度择优取向的3C-SiC(100)薄膜.SiC(200)峰的摇摆曲线表明SiC薄膜的结晶质量随着丙烷气体引入温度(Tgi)的升高而增加.选区电子衍射像表明高Tgi下生长的薄膜比低Tgi下生长的薄膜具有更好的取向.典型的SiC薄膜高分辨像中观察到了孪晶和层错.表面场发射扫描电镜像表明随着Tgi的升高,SiC薄膜的表明形貌发生了改变.     

CuCl枝晶与单质Cu枝晶的生长与枝晶形貌结晶学分析

以锌粉和氯化亚铜为原料,采用水热法,制备了单质Cu枝晶与CuCl枝晶.利用X-射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM),对枝晶产物和生长机理进行了表征.结果表明:单质Cu枝晶多为黄色具有金属光泽的三维树枝状结构,也可见二维枝状结构;CuCl枝晶为白色二维叶片状结构.尽管CuCl叶片在整体的外形上略有不同,但结晶学特征是相同的,都可以观察到明显的主干,在主干的两侧均有侧枝,且侧枝与主干之间呈60°夹角关系,同侧的侧枝之间彼此平行排列.通过对叶片状枝晶的结晶学规律的分析发现:CuCl枝晶的主干是由四面体单体沿[121]方向以平行连生方式形成,侧枝是四面体单体分别沿[211]和[112]平行连生而成.     

溅射功率对脉冲磁控溅射沉积Cu2O薄膜结构和光学性能的影响

利用脉冲磁控溅射制备技术,采用单质金属铜靶作为溅射靶,在氧气(O2)和氩气(Ar)的混合气氛下,在石英玻璃衬底上制备了Cu2O薄膜.研究了溅射功率对脉冲反应磁控溅射沉积法在室温下对生长Cu2O薄膜结构、表面形貌及光学性能的影响.结果表明,在O2、Ar流量比(O2/Ar)为30∶80的气氛条件下,在60～90 W的溅射功率范围内可获得＜ 111＞取向的Cu2O薄膜;薄膜的表面粗糙度的均方根值随溅射功率的增加而增大;薄膜的光谱吸收范围为300 ～670 nm,不同溅射功率下制备的薄膜均在430 nm附近出现明显的带边吸收,其光学带隙(Eg)在2.15～2.53 eV之间变化.     

半导体薄膜材料外延生长的蒙特卡罗模拟

半导体自组织生长量子点是一种新型半导体材料,它在纳米电子学、光电子学和生命科学中有广泛的应用前景,本文讨论了计算机模拟量子点的生长在材料设计中的重要意义,建立动力学蒙特卡罗二维模型, 通过获得的原子沉积的表面图样和对原子簇大小分布的数学统计,得到提高生长温度或者降低沉积速率等量子点外延生长的优化条件.     

ZnWO4单晶衬底上ZnO薄膜的晶核发育与形貌分析

ZnWO4单晶的a晶面与氧化锌c晶面晶格匹配很好,是制备氧化锌薄膜的优良衬底.本文采用溶胶-凝胶法在ZnWO4单晶衬底上制备出透明的ZnO薄膜.通过光学显微镜对薄膜晶核发育过程和形貌进行了详细的分析.实验结果表明:在结晶刚开始,系统将经历成核--长大的过程,随着生长过程的进行,在主晶轴上(一次轴)上又长出二次轴、三次轴等等,最后逐渐形成树枝状晶核.由于ZnO晶核是在非平衡条件下生长的,故在晶核发育过程中又出现了三种不同的生长形态--成核生长、枝晶生长和分形生长.     

钛铪酸钡薄膜的制备与形貌

溶胶-凝胶工艺在(100)Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了BaHfxTi1-xO3(x=0.005,0.01,0.02)薄膜.通过X射线衍射仪、拉曼光谱对薄膜微观结构进行了测试,采用APEX型多功能力学测试系统的3D显微镜模块和SEM对薄膜表面粗糙和厚度进行了表征.结果表明:薄膜中Hf4+进入BaTiO3晶格中,且BaHfxTi1-xO3具有明显的(200)取向,当x=0.005时取向度最大(1.94),晶粒尺寸最小(21.34 nm);薄膜拉曼光谱发现随Hf4+含量的增加BaHfxTi1-xO3薄膜各光学声子模对应的拉曼振动模式峰都发生了蓝移,显示出四方相的特征谱,四方相的程度随Hf含量的增大而减弱;所有薄膜表面较平整,均方根粗糙度(RMS)在21～26 nm之间.     

Cu3N薄膜及其研究现状

Cu3N薄膜是近10年来研究的热点材料之一.Cu3N是立方反ReO3结构,理想立方反ReO3结构的一个晶胞中Cu原子占据立方边的中心位置而N原子占据立方晶胞的八个顶点,此结构的体心位置有一较大间隙,Cu原子以及其他原子如Pd、碱金属原子等很有可能进入此位置导致Cu3N的电学性能、光学性能等发生很大的变化,这使得该材料具有很大的潜在应用价值.Cu3N的晶格常数为0.3815nm,密度5.84g/cm3,分子量204.63,颜色呈黑绿色或红褐色,空间点群Pm3m.Cu3N薄膜在室温下相当稳定并且热分解温度较低(300℃左右),热分解前后薄膜的光学反射率有较大差别,这可使Cu3N薄膜用作一次性光记录材料.此外,Cu3N薄膜还可用作在Si片上沉积金属Cu线的缓冲层、低磁阻隧道结的阻挡层、自组装材料的模板等.     

动力学蒙特卡洛(KMC)模拟薄膜生长

本文以扩散理论为基础,利用KMC模拟方法,考察了温度对薄膜生长速率和表面形貌的影响以及生长表面的粗糙化相变过程.模拟表明,温度升高有利于提高薄膜生长速率,薄膜生长以“成核-岛数增长-岛的长大融合”的方式进行.模拟发现薄膜生长初期存在粗糙化相变过程,当温度低于相变温度时,薄膜分层生长,生长速率较慢;当温度高于相变温度时,薄膜表面粗糙度骤然升高,生长速率加快.     

Monte Carlo Simulation of Crystal Growth

A simple Monte Carlo simulation has been used for the study of crystal growth from solutions. The effect of concentration of the solution, its supersaturation, agitation and presence of admixtures has been investigated. The results of simulation qualitatively correspond to the phenomenon observed experimentally.     

Monte Carlo Simulation Algorithms of Grain Growth in Polycrystalline Materials

In the paper we present a variety of Monte Carlo algorithms, that can be employed to simulate the grain growth in polycrystalline materials during sintering. The simulation algorithms of monophase or two‐phase structure, on both the square and triangular distribution of lattice points, possibly with the second phase particles being either of static or dynamic nature, are described. The paper deals with oriented and anisotropic grain growth as well. A considerable number of input parameters in the simulation procedure makes it possible to set up a large amount of combinations of conditions under which we want to simulate the sintering process.     

晶体生长机制和生长动力学的蒙特卡罗模拟研究

采用动力学蒙特卡罗方法,对在完整光滑界面上低过饱和度溶液中的晶体生长机制和动态过程进行计算机模拟,得到了晶体生长速率与溶液过饱和度之间的关系以及晶体生长的表面形态.对以二维成核为主要生长机制的动力学生长规律进行分析,发现了二维成核生长的生长死区以及单核生长转变为多核生长时的过饱和度临界值,讨论了热粗糙度、表面扩散、台阶平均高度以及表面尺寸对晶体平均生长速率的影响.     

Monte Carlo Simulation of Clustering in Solutions

A simple Monte Carlo simulation has been used for the study of clusters formation in solutions. The dependence of induction periods on supersaturation as well as the obtained clusters size distribution are in qualitative accord with the theoretical expectations.     

用改进的MonteCarlo算法模拟多孔Al2O3陶瓷烧结过程中的晶粒生长

基于经典的晶粒生长机理,采用改进的蒙特卡罗( Monte Carlo)模拟方法,对在不同的烧结温度和保温时间下的晶粒生长演化过程进行计算机模拟,并使用多孔Al2 O3陶瓷烧结实验过程中的晶粒生长对模型进行了验证.结果表明,当晶粒生长指数为2.95时,模拟与实验中的晶粒生长趋势相一致,说明改进的MC方法可真实的反映晶粒长大的物理过程.     

Cu掺杂ZnO薄膜的制备及其光谱特性

采用溶胶-凝胶法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃基底上制备了不同掺杂浓度的Cu∶ ZnO薄膜.采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了薄膜样品的晶相结构和形貌,用荧光光谱仪测量了薄膜样品的光致发光谱.结果表明:Cu∶ ZnO薄膜均为六角纤锌矿结构,呈c轴择优取向,且因压应力的存在使其晶格常数略小于未掺杂薄膜样品的晶格常数;低温和高温退火处理的薄膜样品的光致发光谱(PL)中分别观察到414 nm、438 nm的蓝光双发射峰和510 nm左右的绿光发射峰.蓝光发射峰与样品中的Vzn和Zni有关,而绿光发射峰与样品中的Vo -Zni有关.     

Cu掺杂对ZnO基薄膜光学及磁学性能影响

本文采用脉冲激光沉积(PLD)方法在单晶Si(100)衬底上沿c轴方向生长出单晶ZnCoAlO薄膜,并通过加镀Cu层调节薄膜的光学和磁学特性.采用X射线衍射仪(XRD),光致发光光谱仪,振动样品磁强计(VSM)和霍尔效应仪对薄膜的结构、光学和磁学性能进行了研究.实验表明,样品均具有纤锌矿结构并沿(002)面择优生长.加镀Cu层之后,薄膜紫外发光得到增强,掺杂导致薄膜ZnO晶格能带间隙变宽,并使得近带边激子发光增强.同时发现,在室温下Cu离子对薄膜磁性和电子浓度产生影响,Cu掺杂可以改变薄膜中载流子浓度,并影响原有磁性的双交换机理.     

蒙特卡罗模拟金刚石薄膜化学气相沉积过程中甲烷浓度的影响

本工作采用蒙特卡罗模拟,研究了以CH4/H2气体混合物作为源料气体的电子辅助热丝化学气相沉积中甲烷浓度对气相沉积过程的影响.计算了典型实验条件下电子能量分布,研究了电子平均能量、碎片H及CH3数目的空间分布、H与CH3的比值及CH3携带的能量随甲烷浓度的变化.结果表明:当电子能量为2-3eV时,电子的数密度达到一峰值;平均电子能量随着甲烷浓度的增加而增加;电子与气体分子碰撞产生的碎片H、CH3和CH2的数密度随距热丝的距离而变化;随着甲烷浓度的增加,原子氢H的数目缓慢下降,然而,官能团CH3和CH2的数目缓慢上升;H与CH3的数量比随甲烷浓度的增加而减少;碎片CH3携带的能量处于1～5eV范围之内,且当甲烷浓度为1.3;时,该能量达到一最值.