不同能量密度下脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒成核生长动力学研究

在室温、10 Pa氩气环境下,采用脉冲激光烧蚀(PLA)技术,通过改变激光能量密度,在烧蚀点正下方、与烧蚀羽辉轴线平行放置的衬底上沉积制备了一系列纳米Si晶薄膜.采用SEM、Raman散射谱和XRD对纳米Si晶薄膜进行了表征.结果表明:沉积在衬底上的纳米Si晶粒分布在距靶一定的范围内,晶粒尺寸随与靶面距离的增加先增大后减小;随着激光能量密度的增加,晶粒在衬底上的沉积范围双向展宽,但沉积所得最大晶粒尺寸基本保持不变,只是沉积位置随激光能量密度的增加相应后移.结合流体力学模型、成核分区模型和热动力学方程,通过模拟激光烧蚀靶材的动力学过程,对纳米Si晶粒的成核生长动力学过程进行了研究.     

低压环境中外加氩气流对激光沉积纳米硅晶粒尺寸及分布的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在烧蚀点正上方0.35 cm、距靶0.7 cm处引入Ar气流,保持环境气压0.3 Pa,烧蚀高阻抗单晶硅(Si)靶.在烧蚀点正下方0.35 cm,距靶0.5 cm、0.7 cm、1.4 cm、2.1 cm、2.8 cm、3.0 cm和3.5cm处水平放置衬底来收集纳米Si晶粒.利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、Raman散射对样品表面形貌和微观结构进行分析表征.结果表明:在引入气流前后,纳米Si晶粒的尺寸均随着与靶距离的增加而逐渐减小;在同一位置,引入气流比不引入气流晶粒尺寸小,面密度大;在3.0～3.5 cm处,不引入气流时的样品不再有纳米Si晶粒,而引入气流的还存在纳米Si晶粒.     

外加氩气流下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学研究

为研究纳米硅晶粒成核生长动力学过程,采用脉冲激光烧蚀(PLA)技术,在室温,50～200 Pa的氩气氛围中,通过引入垂直于烧蚀羽辉轴线的外加气流,在水平放置的衬底上沉积了一系列纳米Si晶薄膜.扫描电子显微镜( SEM)、拉曼(Raman)散射和X射线衍射(XRD)检测结果表明,未引入气流时,衬底上相同位置处晶粒尺寸随气体压强的增大逐渐减小;在距靶1 ～2cm范围内引入气流后,尺寸变化规律与未引入气流时相反.通过分析晶粒尺寸及其在衬底上的位置分布特点,结合流体力学模型和热动力学方程,分析得出在激光能量密度一定的条件下,环境气体压强、烧蚀粒子温度和密度共同影响着纳米晶粒的成核生长.     

混合环境气体配比对纳米硅晶粒角度分布的影响

为了研究混合环境气体配比对脉冲激光烧蚀制备纳米硅(Si)晶粒角度分布的影响,采用XeCl准分子激光器,烧蚀高阻抗单晶Si靶,改变混合环境气体配比(He/Ar =41、1∶10、1∶1、1∶4、1∶2),在半圆环衬底上成功制备了一系列纳米Si晶薄膜.使用扫描电子显微镜(SEM)图像、X射线衍射谱(XRD)和拉曼光谱(Raman)对其进行表征分析.结果表明,在五种配比下,纳米Si晶粒的平均尺寸均随着偏离羽辉轴向夹角的增大而减小;各个角度处,纳米Si晶粒的平均尺寸均随着混合环境气体平均原子质量的增加而呈现先减小后增大的趋势.从传输动力学角度,对结果进行了定性分析.     

基于朗缪尔探针的硅离子空间分布特性及纳米晶粒生长过程研究

在室温、10 Pa氩气环境气体中,采用脉冲激光烧蚀技术,在以烧蚀点为圆心、半径为2 cm的玻璃弧形支架的不同角度处放置衬底,沉积了纳米Si晶薄膜.通过扫描电子显微镜、拉曼散射仪对制备样品的形貌和特性进行分析.结果表明:纳米Si晶粒以羽辉轴线为轴呈对称分布,在轴线处平均尺寸最大,随着衬底同轴线夹角的增加,晶粒尺寸逐渐减小.结合朗缪尔探针对空间不同位置羽辉中Si离子密度和热运动温度分布的诊断情况,从晶粒生长过程的角度对其尺寸随空间位置变化的结果进行了研究,得到了晶粒尺寸正比于烧蚀粒子密度和热运动温度的结论.     

Ti掺杂的CrSi2纳米薄膜的微结构和热电性能

利用高真空磁控溅射设备并顺序沉积Cr、Ti和Si层并随后在500℃真空退火6h,在Si(100)衬底上,获得不同Ti掺杂量的CrSi2薄膜.场发射扫描电镜观察表面形貌显示,沉积薄膜具有7～8 nm的晶粒且尺寸比较均匀,Ti含量增加,晶粒尺寸略有增加;X射线衍射谱显示沉积薄膜具有单一CrSi2点阵(111)晶面择优取向,在1.16at;到1.74at;的Ti含量范围内,随Ti含量的增加,CrSi2纳米薄膜的(111)择优取向的程度下降,同时,Ti含量增加,薄膜CrSi2点阵常数增加,这表明Ti在CrSi2晶体中以替位形式存在.随着Ti含量增加,沉积薄膜的霍尔系数降低,空穴浓度增加,同时薄膜空穴载流子的迁移率和Seebeck系数单调下降;受空穴浓度增加和迁移率降低的影响,随Ti含量增加,沉积薄膜电导率和功率因子呈现先增加达到最大值后又下降的趋势.     

不同衬底表面上大晶粒多晶Si薄膜的制备

利用高频感应加热化学气相沉积(HFCVD)工艺,以H2稀释的SiH4作为反应气体源,分别在n-(111)Si衬底上常规热生长的SiO2层、织构的SiO2层和纳米晶粒多晶Si薄膜表面上,制备了具有均匀分布的大晶粒多晶Si膜.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等检测手段,测量和分析了沉积膜层的表面形貌、晶粒尺寸、密度分布与择优取向等结构特征.结果表明,多晶Si膜中Si晶粒的尺寸大小和密度分布不仅与衬底温度、SiH4浓度与反应气压等工艺参数有关,而且强烈依赖于衬底的表面状态.本实验获得的最好的薄膜中,Si晶粒平均尺寸约为2.3 μm,密度分布约为3.8×107/cm2.对薄膜的沉积机理分析表明,衬底表面上Si原子基团的吸附、迁移、成核与融合等热力学过程支配着大晶粒多晶Si膜的生长.     

Si基上电沉积Cu薄膜的形貌与择优取向

采用电化学沉积技术在Si衬底上沉积了Cu膜.场发射扫描电镜和X射线衍射分析表明:膜中存在Cu纳米颗粒, 并且表现出择优取向,与衬底的取向和斜切角度以及沉积电流密度有关.在Si(100) 衬底上,铜(220)晶面的织构系数随电流密度的增加而增加.在相同沉积条件下,在斜切角较小的Si(111)和Si(100)衬底上择优取向面都是铜 (220) 面,而在斜切角为4°的Si(111)衬底上铜(111)晶面为择优取向面.     

铝诱导纳米硅制备大晶粒多晶硅薄膜的研究

本文以超白玻璃为衬底,利用热丝化学气相沉积和磁控溅射法制备了Glass/nc-Si/Al的叠层结构,然后置于管式退火炉中在H2气氛下进行5h诱导晶化,用XRD、光学显微镜、扫描电镜和拉曼光谱对样品进行了表征.结果表明所有样品都是有(111)择优取向的多晶硅薄膜,在425℃诱导时,多晶硅晶粒尺寸最大达400 μm,但薄膜不连续;随着诱导温度升高到450℃,样品表面已形成了连续的多晶硅薄膜,但晶粒尺寸有所减小;475℃下诱导获得的最大晶粒尺寸约为200μm,此时多晶硅薄膜的结晶质量更好.还从动力学的角度分析了铝诱导纳米硅的晶化机理.     

氩气对直流弧光放电PCVD金刚石薄膜晶体特征的影响

本文采用自主研制的直流弧光放电等离子体CVD设备,在YG6硬质合金基体上进行了不同氩气流量下金刚石薄膜的制备研究.采用SEM对金刚石薄膜的晶体特征进行了观察.结果表明,氩气对直流弧光放电等离子体CVD金刚石薄膜的晶体特征有明显影响.在CH_4/H_2恒定时(0.8;),硬质合金基体上制备的金刚石薄膜表面形貌随Ar流量增加而变化的规律,即从以(111)八面体晶面为主→(111)和(100)立方八面体混杂晶面→以(100)立方体晶面为主→菜花状的顺序转变;当Ar流量为420～700 mL/min时,金刚石晶粒的平均尺寸由1.5 μm 逐步增大到7 μm;Ar流量为700～910 mL/min时,金刚石晶粒的平均尺寸由7 μm急剧减小到纳米尺度,约50 nm.