NH3退火热氮化SiO2薄膜及其与Si界面特性的研究

采用不同方法研究了NH₃中高温退火所形成的氮化SiO₂薄膜及其界面特性,发现不同的退火条件对样品的组份、折射率、电子陷阱特性、表面电子迁移率、固定正电荷及界面态密度等有较大的影响。探讨了氮化机理及其对界面特性等的影响。分析了抗氧化机构。 关键词：     

镀有SiO_2-WO_3薄膜LPFG折射率传感特性研究

采用四层阶跃折射率几何模型,研究了镀有SiO2-WO3薄膜LPFG在溶液折射率测量方面的特性,并与未镀膜情况进行了比较。当LPFG包层外镀膜后,测量纯水、CaCl2溶液(浓度为450gL-1,折射率为1.4056)时波长漂移量分别是未镀膜时的1.67和2.55倍;谐振峰的损耗变化分别是未镀膜时的4.44和2.82倍;在1.36-1.38折射率范围内,传感器的灵敏度和分辨率分别是216.58nm和0.82×10-5,是镀膜前的3.27和0.30倍,说明镀膜后LPFG对溶液折射率测量的灵敏度和分辨率得到了很大的提高。     

Mg_2Si薄膜的光敏电阻特性研究

采用磁控溅射技术、退火工艺和丝网印刷技术,在N-Si(111)(ρ1000Ω·cm)衬底上分别溅射厚度为360nm、400nm、440nm、480nm、520nm、560nm的Mg膜,制备一系列Mg_2Si薄膜,然后在其上印刷叉指Ag电极、经烧结制备光敏电阻.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光谱响应测试系统、半导体器件分析仪和光照响应测试系统对样品的晶体结构、表面形貌、光谱响应、I-V特性以及亮暗电阻进行表征和分析.结果表明:成功制备出单一相Mg_2Si薄膜,且在晶面(220)处出现最强衍射峰;随着薄膜厚度增加,样品衍射峰强度先增加后减小,薄膜表面连续性和致密性良好;在波长为900nm~1200nm范围内光敏电阻表现出良好的光谱响应特性;光电流强度先增加后减小;Mg膜厚度为480nm时光电流强度最大.I-V特性始终呈一条直线,表明其间具有良好的欧姆接触;在光强为1mW/cm~2、波长为1100nm的光照下,亮电阻和暗电阻均随着Mg薄膜厚度增加先减小后增加,Mg薄膜厚度为480nm时,相应的光敏电阻阻值最小且此时的暗电阻、亮电阻比值为1.43×10~3,具有较好的灵敏度.     

p型硅MOS结构Si/SiO_2界面及其附近的深能级与界面态

用深能级瞬态谱(DLTS)技术系统研究了Si/SiO_2界面附近的深能级和界面态。结果表明,在热氧化形成的Si/SiO_2界面及其附近经常存在一个浓度很高的深能级,它具有若干有趣的特殊性质,例如它的DLTS峰高度强烈地依赖于温度,以及当栅偏压使费密能级与界面处硅价带顶的距离明显小于深能级与价带顶的距离时,仍然可以观测到一个很强的DLTS峰。另外,用最新方法测量的Si/SiO_2界面连续态的空穴俘获截面与温度有关,而与能量位置无明显关系,DLTS测量的界面态能量分布与准静态C-V测量的结果完全不一致。本文提出的Si/SiO_2界面物理模型能合理地解释上述问题。     

150快速热氮化SiO_2膜的击穿特性

对具有器件质量的150A厚SiO_2膜经传统的长时间热氮化和高温快速热氮化后,研究了其击穿特性及其在高场强下的耐久力。研究结果表明,氮化后击穿场强的分布变窄,对栅电极面积的依赖性减弱,最大击穿场强略微下降。热氮化对高电场下SiO_2/Si界面稳定性和决定于时间的介质击穿均有改善。这种改善既取决于所加栅电压的极性,又强烈依赖于氮化工艺条件。根据电流传输机构,本文提出一种考虑了电荷积累、陷阱密度及其重心位置的击穿模型。     

Si基CeO2薄膜的发光特性

利用电子束蒸发技术在p型硅衬底上沉积了200 nm厚的CeO2薄膜样品,将样品置于弱还原气氛中高温退火后,观察到薄膜在385,418 nm以及445 nm左右出现三个明显的发光峰。结合激发光谱、吸收光谱以及XRD分析表明:CeO2薄膜在高温下容易发生失氧反应,出现Ce4+→Ce3+离子转变,Ce3+离子在紫外光的激发下,电子由O2p跃迁到5d能级,再由5d能级向4f能级跃迁,从而产生强烈的蓝紫外发射,而445 nm左右的发光峰则来自于SiO2薄膜的缺陷发光。样品选择900~1 200℃不同温度退火,并且在1 200℃下进行了不同时间的退火。研究结果显示:在1 200℃下进行2 h的退火,薄膜发光强度达到最大。     

掺杂Si/SiO_2界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似(LDA)下研究了B掺杂Si/SiO_2界面及其在压强作用下的电子结构和光学性质.能带的计算结果表明:掺杂前后Si/SiO_2界面均属于直隙半导体材料,但掺B后界面带隙由0. 74 eV减小为0. 57 eV,说明掺B使材料的金属性增强;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,发现随着压强不断增大,Si/SiO_2界面的带隙呈现了逐渐减小的趋势,并且由直隙逐渐转变为间隙.光学性质的计算结果表明:掺B对Si/SiO_2界面在低能区(即红外区)的介电函数虚部、吸收系数、折射率以及反射率等光学参数有显著影响,且在红外区出现新的吸收峰;对B掺杂Si/SiO_2界面施加正压强,随着压强增大,红外区的吸收峰逐渐消失,而在紫外区出现了吸收峰.上述结果表明,对Si/SiO_2界面掺B及施加正压强均可调控Si/SiO_2界面的电子结构与光学性质.本文的研究为基于Si/SiO_2界面的光电器件研究与设计提供一定的理论参考.     

RF溅射的SiO_2和SiO_2/Al/SiO_2薄膜的喇曼散射光谱研究

用射频溅射(RF Sputtering)法制成了SiO_2和SiO_2/Al/SiO_2薄膜。应用喇曼光谱研究了薄膜结构。结果表明:RF溅射制成的SiO_2薄膜是含有大量环结构缺陷的玻璃态;SiO_2/Al/SiO_2层状薄膜的喇曼光谱中观察到Al_2O_3的特征峰,证实了Al/SiO_2薄膜界面确有氧化还原反应发生;从喇曼光谱中Al_2O_3的特性峰的位置和相对强度可推断出,SiO_2/Al/SiO_2薄膜界面处的Al_2O_3是非晶γ-Al_2O_3。     

基于Si掺杂Sb2Te3薄膜的相变存储器研究

采用磁控三靶(Si,Sb及Te)共溅射法制备了Si掺杂Sb2Te3薄膜,作为对比,制备了Ge2Sb2Te5和Sb2Te3薄膜,并且采用微加工工艺制备了单元尺寸为10μm×1Oμm的存储器件原型来研究器件性能.研究表明,Si掺杂提高了Sb2Te3薄膜的晶化温度以及薄膜的晶态和非晶态电阻率,使得其非晶态与晶态电阻率之比达到106,提高了器件的电阻开/关比;同Ge2Sb2Te5薄膜相比,16at%Si掺杂Sb2Te3薄膜具有较低的熔点和更高的晶态电阻率,这有利于降低器件的RESET电流.研究还表明,采用16at%Si掺杂Sb2Te3薄膜作为存储介质的存储器器件原型具有记忆开关特性,可以在脉高3V、脉宽500 ns的电脉冲下实现SET操作,在脉高4 V、脉宽20 ns的电脉冲下实现RESET操作,并能实现反复写/擦,而采用Ge2Sb2Te5薄膜的相同结构的器件不能实现RESET操作.     

Co处理的γ-Fe_2O_3薄膜的界面研究

本文中对CoO与Fe_2O_3的界面进行了研究,结果表明,简单的CoO-γ-Fe_2O_3界面对于磁性能基本无影响。分析表明,“复杂的扩散界面”不大可能象以往认为的那样是矫顽力增长的主要原因。矫顽力的增长可能是由掺Co造成的一种体效应而不是界面效应。     

热退火对SiO_2∶Er薄膜发光特性的影响

利用离子注入法制备SiO2∶Er样品,并在不同温度下进行退火处理。通过微区拉曼光谱、吸收光谱、X射线光电子能谱等手段对其进行结构表征,并进行了室温和变温的光致发光特性研究,得到了可见区和红外区的光致发光。其中,4S3/2→4I15/2的发光强度随温度的升高,先增强后减弱,呈现出反常的温度淬灭效应,此现象是由Er3 与SiO2的缺陷之间的能量传递造成的。     

薄膜结构对Si／SiO2 I-V特性的影响

用射频磁控溅射法制备了3种结构的Si／SiO2纳米薄膜，测定了薄膜的I-V特性．实验结果分析表明，薄膜结构是影响其FV特性的主要因素．     

SiO_2/TiO_2复合薄膜的制备及其可见光透过率

采用溶胶凝胶法在载波片上制备了SiO2/TiO2复合薄膜。研究了TiO2含量、热处理温度、热处理时间、薄膜层数及溶胶陈化时间对其可见光透过率的影响。结果表明:复合薄膜的可见光透过率随TiO2含量的增加而降低;当TiO2含量为20%时,薄膜会出现"变白"现象;当热处理温度为80℃时,透过率最高;当TiO2含量为30%时,溶胶陈化时间为3天,镀膜两次,80℃/3h热处理所得到的薄膜透过率可达到基体的100%,耐磨性良好。初步检测显示,该薄膜具有一定的光催化活性。     

富勒烯在SiO_2与SiO_2－TiO_2凝胶中的掺入及光谱特性研究

本工作以ＳｉＯ_２和ＳｉＯ_２－ＴｉＯ_２凝胶体系为基质，选择合适的溶剂，采用特定的溶胶一凝胶工艺，成功地将纯的Ｃ_（６０）和Ｃ_（６０）／Ｃ_（７０）混合物分别均匀掺入上述基质中．研究了吸收与荧光光谱特性．室温下观测到峰置位于６６０ｎｍ附近的较强荧光带．对上述光谱性质作了初步的解释．     

Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜的制备与特性研究

采用sol-gel工艺,在分层快速退火的工艺条件下成功地制备了高质量Si基BiTi3O12铁电薄膜.研究了Si基Bi4Ti3O12薄膜的生长行为、铁电性能、C-V特性和疲劳特性.研究表明:Si基Bi4Ti3O12薄膜具有随退火温度升高沿c轴择优生长的趋势;退火温度通过影响薄膜的晶粒尺寸、生长取向和薄膜中载流子的浓度来改变Si基Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能;Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结的C-V特性曲线呈现顺时针回滞,可以实现极化存储;109次极化反转后Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化仅下降12%,具有较好的疲劳特性.     

纳米微结构表面与石墨烯薄膜的界面黏附特性研究

石墨烯性能的发挥受石墨烯表面形貌的影响,而石墨烯表面形貌则与基底密切相关.石墨烯在纳米微结构表面的吸附与剥离可以为石墨烯的功能化制备和转移提供理论基础.分子动力学模拟能提供石墨烯在纳米微结构表面的吸附构型和剥离特性等详细信息,可以弥补实验的不足.本文利用LAMMPS分子动力学模拟软件,从吸附能角度研究了石墨烯在矩形微结构表面的黏附特性,并进一步探讨了石墨烯从矩形微结构表面剥离的行为.研究表明:石墨烯的吸附构型在矩形微结构表面的转变是连续的,但由部分贴合状态向完全贴合状态的转变是一个反复的过程,当石墨烯完全贴合微结构表面时吸附能最大;从微结构表面剥离石墨烯时,剥离力会出现周期性的波动.剥离过程表现为两种形式:完全贴合时,石墨烯是直接滑过槽底;而当悬浮构型或部分贴合构型时,石墨烯是直接从微结构表面分离.本文给出了平均剥离力随微结构尺寸参数变化的理论公式,该公式与模拟结果拟合较好.此外,随着剥离角度的变大,平均剥离力先变大后变小,从平整基底表面剥离具有Stone-Wales缺陷结构的石墨烯会使剥离力变大.研究结果可为探究石墨烯在纳米微结构表面的剥离行为、揭示其黏附机理提供理论参考.     

Al_2O_3:Ce薄膜的制备及其光致发光特性

应用回流浸渍法对非晶的纳米多孔Al_2O_3薄膜进行掺杂,制备了非晶的Al_2O_3:Ce薄膜。用场发射扫描电子显微镜观察了样品掺杂前后的形貌,且从EDS结果可以看出薄膜中铈的含量是随着掺杂液浓度的增加而增加的。X射线光电子能谱(XPS)表明Al_2O_3:Ce薄膜中有三价的铈离子形成。Al_2O_3:Ce薄膜的光致发光谱和激发谱与掺杂前相比明显发生了变化,且发射谱中出现了双峰结构,峰位分别位于380nm和400nm,本文分析讨论了掺杂前后光谱发生变化的原因和发光机制。另外,比较了不同浓度下掺杂的Al_2O_3:Ce薄膜的光致发光谱,得出随掺杂液浓度的增加光致发光强度呈先增加后减小的趋势,且最佳掺杂浓度为0.2mol。     

渐变折射率Ta_2O_5/SiO_2薄膜多脉冲激光损伤特性

采用离子束溅射(IBS)的方式,制备了1064nm高反射Ta2O5/SiO2渐变折射率光学薄膜。对其光学性能和在基频多脉冲下抗损伤性能进行了分析。通过渐变折射率的设计方式,很好地抑制了边带波纹,增加了1064nm反射率。通过对损伤阈值的分析发现,随着脉冲个数的增加,损伤阈值下降明显;但是在20个脉冲数后,损伤阈值(维持在22J/cm2左右)几乎保持不变直到100个脉冲数。通过Leica显微镜对损伤形貌的观察,发现损伤诱因是薄膜表面的节瘤缺陷。通过扫描电镜(SEM)以及聚集离子束(FIB)对薄膜表面以及断面的观察,证实了薄膜的损伤起源于薄膜表面的节瘤缺陷。进一步研究得出,渐变折射率薄膜在基频光单脉冲下损伤主要是由初始节瘤缺陷引起的,在后续多脉冲激光辐照下初始节瘤缺陷引起烧蚀坑的面积扩大扫过薄膜上的其他节瘤缺陷,引起了其他节瘤缺陷的喷射使损伤加剧,造成损伤的"累积效应"。     

Tb~(3+)离子与SnO_2纳米晶体共掺杂SiO_2薄膜荧光增强

为了提高Tb~(3+)离子在硅基薄膜中的吸收截面与光发射效率,本文通过在硅基薄膜中引入具有更大吸收截面的SnO_2纳米晶体,利用共振能量转移机制,大幅提高了Tb~(3+)离子的光发射效率。首先,利用限制性晶化原理,采用基于旋涂技术的溶胶凝胶法制备了Tb~(3+)离子与SnO_2纳米晶体共掺杂非晶SiO_2薄膜。然后,通过选择最佳掺杂浓度的SnO_2纳米晶体作为敏化剂,Tb~(3+)离子掺杂SiO_2薄膜在541 nm处的特征荧光发射强度增大了2个数量级。荧光激发谱与瞬态荧光寿命谱测试结果表明,Tb~(3+)离子与SnO_2纳米晶体之间存在着有效的非辐射复合能量传递过程,1 000℃高温退火后,部分Tb~(3+)离子进入纳米晶体内部,导致共振能量转移效率大幅提高。以上研究表明:SnO_2纳米晶体是一种潜在的Tb~(3+)离子敏化剂,可有效提高稀土Tb~(3+)离子掺杂SiO_2薄膜的光发射效率。     

SnO2超微粒薄膜的界面电子转移研究

用ＰＥＣＶＤ方法制备了ＳｎＯ２超微粒薄膜,此薄膜表面吸附很多氧,而且人对醇敏感,测量不同醇（甲醇、乙醇、正丙醇、乙二醇）的敏感性质和对薄膜者红外光谱测量,发现薄膜表面化学吸附Ｏ２＾２－、Ｏ２＾－、Ｏ＾－成为敏感活性中心是电子转移的桥梁。建立了电子转移的模型：表面Ｏ２＾－主要夺取醇中的质子,Ｏ＾－主要与醇中β－Ｃ上的Ｈ（与α－ＣＯＨ反式共平面）作用。醇的最终产物是醛类。解释了ＳｎＯ２超微粒薄膜作为传