双靶磁控溅射聚焦共沉积AlN薄膜生长速率研究

采用直流双靶磁控溅射聚焦共沉积技术在Fe衬底上高速率生长A lN薄膜,结果表明,双靶共沉积技术有效地提高了A lN薄膜生长速率,相同工作气压或低N2浓度时双靶磁控溅射沉积速率约为单靶沉积速率的2倍;随着溅射系统内工作气压或N2浓度的升高,薄膜生长速率不断减小;薄膜择优取向与薄膜生长速率相互影响,随着工作气压的升高,(100)晶面的择优生长减缓了薄膜生长速率的降低,随着N2浓度的升高,(002)晶面的择优生长加剧了薄膜生长速率的降低,而相对较低的溅射沉积速率有利于(002)晶面择优取向生长。     

射频磁控溅射生长ZnO薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底生长ZnO及ZnO∶ Al薄膜,通过改变氩氧比、衬底温度和溅射功率获得样品.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜进行表征.结果发现:室温下40W的溅射功率1h的溅射时间,改变氩氧比获得样品.XRD图谱中无明显衍射峰出现;紫外可见光分光光度计测试结果显示400nm波长以下,透光率在90;以上.说明薄膜生长呈无定形.衬底温度高于200℃样品,XRD有明显(002)衍射峰出现,在400～ 800 nm波长范围,透光率在88;以上,衬底温度300℃时,XRD衍射峰半高宽最小,晶粒尺寸大.TEM显示:衬底300℃晶粒尺寸最大,晶体发育好.在200℃掺铝ZnO薄膜,(002)峰不明显,有(101)峰出现.     

蓝宝石衬底上磁控溅射法室温制备外延ZnO薄膜

在室温条件下,采用磁控溅射方法在蓝宝石(0001)衬底上制备了外延的ZnO薄膜.采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、可见-紫外分光光度计系统研究了ZnO薄膜微观结构和光学特性.AFM测量结果表明ZnO薄膜具有较为均匀的ZnO晶粒,表面平整,具有较小的均方根粗糙度(0.9 nm);X射线衍射结果表明制备的ZnO薄膜为具有六角纤锌矿结构的外延薄膜;光学透射谱显示样品在可见光范围内具有较高的透过性,并在370 nm附近出现一个较陡的吸收边,表明在室温下制备出了具有较高质量的ZnO薄膜.     

磁控溅射ZrN薄膜的生长机理及光学性能

利用直流反应磁控溅射法在Si衬底上沉积了高结晶质量的氮化锆(ZrN)薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、原子力显微镜(AFM)和光谱椭偏仪(SE)研究了沉积时间对ZrN薄膜结构、表面形貌和光学性能的影响。结果表明:所沉积薄膜均为NaCl结构的立方相ZrN,具有(111)面单一取向;沉积时间的增加提高了薄膜的结晶质量;ZrN薄膜的表面形貌、晶粒尺寸以及表面粗糙度随沉积时间发生变化,沉积45 min的薄膜表面出现致密的三角锥晶粒,且表面粗糙度最大,薄膜呈柱状生长。随后利用Extend Structure Zone Model解释了ZrN薄膜的生长机制,最后研究了ZrN薄膜的光反射特性,发现反射光谱与晶粒形状和表面粗糙度密切相关,表面具有三角锥状晶粒的薄膜,其反射谱在300~800 nm波长范围内存在振荡现象,相比于具有不规则晶粒形貌的薄膜其反射率明显下降。本文中研究的生长条件与晶体结构、微观形貌和光学性能之间的关系,可为器件中应用的ZrN薄膜最佳制备条件的优化提供重要的参考价值。     

射频磁控溅射法制备Cu3N薄膜及其性能研究

采用反应射频磁控溅射法,在氮气和氩气的混合气体氛围中,玻璃基底上制备出了具有半导体特性的氮化铜(Cu3N)薄膜,并研究了混合气体中氮气分量对Cu3N薄膜的择优生长取向、平均晶粒尺寸、电阻率和光学带隙的影响.原子力显微镜,X射线衍射仪,四探针电阻仪,紫外可见光谱分析及纳米压痕仪等测试结果表明:薄膜由紧密排列的柱状晶粒构成,表面光滑致密;随着氮气分量的增加,Cu3N薄膜由沿(111)晶面择优生长转变为沿(100)晶面择优生长,晶粒尺寸变小,电阻率ρ从1.51×102Ω·cm逐渐增加到1.129×103Ω·cm;薄膜的光学带隙在1.34～1.75eV间变化;薄膜的硬度约为6.0GPa,残余模量约为108.3GPa.     

磁控溅射法制备InN薄膜的可控生长及表征

为了开发氮化铟(InN)半导体材料在光电子领域的应用,采用磁控溅射法在Si(111)衬底上实现了InN薄膜的制备.通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对获得的InN薄膜样品进行表征,系统地研究了压强、Ar和N2流量比及衬底温度对InN薄膜结构、形貌的影响.结果表明:随着压强的增加,(101)峰的强度先增加后减小,晶面距离d先变小后变大且均获得三角锥形的InN薄膜;随着Ar与N2流量比的增加,InN薄膜的生长取向由沿(101)面变为沿(002)面生长且均获得三角锥状的InN晶粒;随着衬底温度的升高,InN薄膜的生长取向发生了变化且形貌逐渐由三角锥状向截面为六方的颗粒状结构转化.     

物理气相传输法生长氧化锌晶体

以高纯氧化锌粉为升华源,采用物理气相传输法(PVT)法在1500℃下生长出了ZnO多晶体,生长速率达0.24 mm/h.样品XRD测试和拉曼分析表明,无籽晶自发成核生长的ZnO多晶体不仅具有六方纤锌矿结构,而且具有c轴方向择优生长特征.实验结果表明了PVT法可以进行大尺寸ZnO晶体的生长,并且可以达到0.2 mm/h以上的生长速率.     

射频磁控溅射法制备TiO2-xNx薄膜的结构性能研究

利用射频磁控溅射法室温下在Si(100)衬底上制备了N掺杂的TiO2薄膜,并且采用x射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射光谱对薄膜进行了表征.XRD结果表明在纯Ar和N2(33.3;)/Ar气氛下制备的TiO2-xNx薄膜均为单一的金红石相,薄膜结晶性良好,呈高度(211)择优取向,而在N2(50.0;)/Ar下制备的薄膜结晶性明显变差;对于N掺杂的TiO2薄膜,XPS表明部分N原子进入TiO2晶格,并且以N-Ti-O、N-O键以及间隙式N原子形式存在;透射光谱表明掺N后的TiO2薄膜吸收边发生了红移.     

射频磁控溅射法制备Zn1-xMgxO薄膜及其性能的研究

本文通过在ZnO靶材上放置高纯Mg片,运用射频磁控溅射法在普通玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1,0.16,0.18,0.24)薄膜.用X射线衍射仪、扫描电镜、紫外-可见-分光光度计等研究了Zn1-xMgxO薄膜的组织结构和性能.结果表明:Zn1-xMgxO薄膜呈ZnO的纤锌矿结构,在ZnO晶格中Mg2+有效地替代了Zn2+.样品表面比较平整,颗粒均匀致密,薄膜质量较高,且在可见光范围内光透过率均为90;左右,具有极好的透光性;此外,随着Mg掺入量的增多,Zn1-xMgxO薄膜的吸收边出现蓝移现象,实现了对禁带宽度的调节.     

熔体法生长大尺寸有机晶体

大尺寸有机晶体在太赫兹波产生、中子探测、微波激射等多个关系国计民生、涉及国家安全的领域具有重要应用前景.但大尺寸有机单晶生长一直是国际公认的难题,无论是在生长理论、生长方法还是生长设备方面都远远落后,在整个人工晶体领域相对小众;而且有机晶体硬度低、脆性高、易解理等本征特性为加工和后期应用带来了很多困难,制约了相关领域的...     

射频磁控溅射工艺制备二氧化钒薄膜

以V2O5陶瓷烧结靶材及射频磁控溅射工艺制备V2O5薄膜,再经氩气气氛退火处理得到VO2薄膜.采用扫描电子显微镜观察不同制备条件下薄膜表面微观形貌特征,拉曼光谱和X射线光电子能谱用来分析确定退火前后薄膜的物相结构及化合价态.结果表明,溅射4h、450℃退火2h制备的薄膜结晶形态良好,VO2纯度高于94;原子分数.     

利用球磨六角氮化硼制备立方氮化硼的研究

首先对六角氮化硼(hBN)进行了不同时间的球磨,并以球磨后的hBN作为初始原料研究了在高温高压条件下其对立方氮化硼(cBN)制备的影响.利用X-射线衍射、Rman光谱、XPS测试手段对球磨后的六角氮化硼进行了测试分析.结果表明,球磨不仅破坏了六角氮化硼的有序度,还改变了其表面成分和相对含量.     

立方氮化硼单晶生长界面层的精细结构

以Li3N为触媒、六方氮化硼(hBN)为原料,采用静态高温高压法合成立方氮化硼(cBN)单晶.为探讨cBN合成机理,利用扫描电镜观察了cBN单晶生长界面层形貌,利用俄歇电子能谱和X射线光电子能谱对界面层精细结构进行了表征.结果表明,cBN单晶被合成后的触媒粉末所包裹,界面层中B、N元素相对比例基本保持不变,且随着距离cBN单晶越来越近,B、N元素的sp2杂化态逐渐减少,sp3杂化态逐渐增多,这说明hBN含量逐渐减少,而cBN含量逐渐增多.由于Li元素非常活泼,在高温高压体系中的电子结构极不稳定,故可以作为电子转移的桥梁,完成电子由N向B的转移.据此认为在cBN单晶生长界面层中,B、N元素的sp2杂化态逐渐转变成了sp3杂化态.以上结果说明hBN在触媒催化作用下可直接转变为cBN.     

偏压对磁控溅射沉积立方氮化硼薄膜的影响

合适的衬底偏压是物理气相沉积制备cBN的必须条件,本文采用基于蒙特卡洛方法的SRIM软件对PVD过程中离子轰击衬底进行了分析,并进行了相关的实验研究.仿真与实验结果显示,随着离子轰击能量的增加,离子轰击深度和范围扩大,有利于cBN的成核与生长,但是过大的轰击能量会导致薄膜表面N与B元素的不匹配以及薄膜立方相的下降.同时,在PVD气氛中适量添加N2可以弥补薄膜表面N元素的损失,有利于提高立方相含量.     

立方氮化硼的研究进展

立方氮化硼(c-BN)作为闪锌矿面心立方结构的Ⅲ-Ⅴ族二元化合物,是第三代半导体中禁带宽度最大的材料,还具有高热导率、高硬度、耐高温、耐氧化、化学稳定性好、透光波长范围广、可实现p型或n型掺杂等一系列性能优点,不仅作为超硬磨料在各行业的加工领域有广泛的应用,而且作为极端电子学材料在大功率半导体和光电子器件等领域也具有潜在的应用价值,使其适用于高温、高功率、高压、高频以及强辐射等极端环境。本文综述了历年来国内外制备c-BN晶体和外延生长c-BN薄膜的发展历程,重点关注了生长技术进步和晶体质量提高的代表性成果,并对c-BN的机械性能、光学性能以及电学性能方面的研究进展进行阐述,最后对全文内容进行总结并对c-BN应用所面临的挑战进行展望。     

生长和退火温度对磁控溅射法制备的ZnO薄膜性能的影响

利用磁控溅射法于500 ℃、550 ℃、600 ℃和650 ℃下在Al2O3(001)衬底上生长ZnO薄.对生长的ZnO薄膜后分别进行了800 ℃退火和1000 ℃退火处理.利用X射线衍射(XRD)、霍尔测试仪和透射谱仪对薄膜的结构、电学和光学性质进行了研究,结果表明合适的生长温度和退火温度能够提高ZnO薄膜的结晶质量和性能.     

磁控溅射法制备非晶IGZO透明导电薄膜

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了IGZO薄膜,研究了IGZO薄膜的性质和制备工艺条件。重点研究了射频功率对IGZO薄膜的结构特性、光电特性的影响以及厚度对薄膜电阻率的影响。制备的IGZO薄膜最高品质因子为1.94×10-3Ω-1,对应的薄膜电阻率和透过率分别为2.6×10-3Ω·cm和87.2%。