Si3N4的晶体化和ZrN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

研究了Si3N4层在ZrN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜微结构与力学性能的影响.一系列不同Si3N4层厚度的ZrN/Si3N4纳米多层膜通过反应磁控溅射法制备.利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.结果表明,由于受到ZrN调制层晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于0.9 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,ZrN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的柱状晶,并相应地产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.     

Si3N4在h-AlN上的晶体化与AlN/Si3N4纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列具有不同Si₃N₄层厚度的AlN/Si₃N₄纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.研究了Si₃N₄层在AlN/Si₃N₄纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长结构与力学性能的影响.结果表明,在六方纤锌矿结构的晶体AlN调制层的模板作用下,通常溅射条件下以非晶态存在的Si₃N₄层在其厚度小于约1nm时被强制晶化为结构与AlN相同的赝形晶体,AlN/Si₃N₄纳米多层膜形成共格外延生长的结构,相应地,多层膜产生硬度升高的超硬效应.Si₃N₄随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.分析认为,AlN/Si₃N₄纳米多层膜超硬效应的产生与多层膜共格外延生长所形成的拉压交变应力场导致的两调制层模量差的增大有关. 关键词： 3N₄纳米多层膜')" href="#">AlN/Si₃N₄纳米多层膜 外延生长 赝晶体 超硬效应     

ECR-PECVD制备Si3N4薄膜的光学特性研究

本文研究了ECR-PECVD制备的Si₃N₄薄膜的光学特性.得到的Si₃N₄薄膜具有光致发光效应,在280℃沉积制备的Si₃N₄薄膜的光致发光波长为400nm,具有较好的单色性.测试分析了Si₃N₄薄膜对可见光、红外光具有较高的透射性能,Si₃N₄薄膜可作为红外光的增速减反射膜.     

C3N4的高温高压同步辐射研究

利用激光加热金刚石对顶砧技术在高温高压条件下合成了纯beta相和立方相C₃N₄beta相C₃N₄所属对称群为P63/M (176).对石墨相与beta相C₃N₄的X射线衍射结果进行了精确分析, 得到优化晶胞参数.原位高压同步辐射X射线衍射分析表明, 在6GPa时由beta相到立方相C₃N₄的相转变已经发生, 之后两相共存直到19GPa时相变结束得到纯立方相C₃N₄.     

强冲击压缩条件下g-C3N4向β-C3N4直接转化

 为了合成出理论预言的具有致密结构的超硬材料C₃N₄,运用二级轻气炮加载和冲击回收实验技术,以富含N的g-C₃N₄为前驱物,在40~65 GPa压力下完成了冲击合成实验。在低于51 GPa压力时,X射线衍射分析表明,在回收样品中未发现有新相生成,说明g-C₃N₄是稳定的;而在51~65 GPa范围内,回收样品中有新相生成,与理论计算结果对照发现,新相为β-C₃N₄相,且不含其它结晶相。证实利用冲击合成方法将g-C₃N₄直接转化为单纯β-C₃N₄是可能的,对纯净的超硬相碳氮化合物的合成研究具有参考意义。     

紫外波段SiO2/Si3N4介质膜分布式布拉格反射镜的制备与研究

采用光学传递矩阵方法设计了紫外波段SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜, 并利用等离子体增强化学气相沉积技术在蓝宝石(0001)衬底上制备了SiO₂/Si₃N₄介质膜分布式布拉格反射镜. 光反射测试表明, 样品反射谱的峰值波长仅与理论模拟谱线相差10 nm, 并随着反射镜周期数的增加而蓝移. 由于SiO₂与Si₃N₄具有相对较大的折射率比, 因而制备的周期数为13的样品反射谱的峰值反射率就已大于99%. 样品反射谱的中心波长为333 nm, 谱峰的半高宽为58 nm. 样品截面的扫描电子显微镜和表面的原子力显微镜测量结果表明, 样品反射谱的中心波长蓝移是由子层的层厚和界面粗糙度的变化引起的. X射线反射谱表明,子层界面过渡层对于反射率的影响较小, 并且SiO₂膜的质量比Si₃N₄差, 也是造成反射率低于理论值的原因之一.     

基于非金属掺杂g-C3N4的均匀B-C-N三相单层

基于第一性原理方法计算,通过在g-C₃N₄中掺杂C、B和N原子, 预测了四种元素均匀分布的B-C-N三元单层材料． 除了B₄-C₃N₄单层材料是一个具有1.18 eV带隙的半导体, 其余三种C-B-N三元单层材料都是金属材料．其中,B₃C-C₃N₄是铁磁金属,其净磁矩为0.57 μB/原胞,可用于构建自旋电子器件材料．计算的形成能显     

高比表面积TiO2与g-C3N4复合材料的光催化性能及机理研究

本文通过简单的溶剂热法制备了g-C₃N₄与高比表面积的TiO₂复合材料,该方法操作简单且能耗低. 甲基橙降解实验结果表明,高比表面积的TiO₂有效提高了光催化活性. 光电化学测试结果表明,与g-C₃N₄复合后,TiO₂的电荷载流子迁移速率得到明显改善. g-C₃N₄/高比表面积-TiO₂的光催化活性很强,在100分钟内,6%-g-C₃N₄/高比表面积-TiO₂对甲基橙的降解程度可达92.44%. 6%-g-C₃N₄/高比表面积-TiO₂不仅具有良好的光催化降解性能,还具有较高的稳定性. 本文对6%-g-C₃N₄/高比表面积-TiO₂的光催化机理也进行了系统的研究.     

γ-Si3N4在高压下的电子结构和物理性质研究

采用基于密度泛函平面波赝势方法(PWP)和广义梯度近似(GGA-PW91)，计算了不同压强下γ-Si₃N₄的电子结构、光学性质和力学性质.基于计算结果，分析讨论了γ-Si₃N₄各物理参数随外压力的变化规律.计算表明，γ-Si₃N₄是一种适合于在高压条件下工作的材料.     

Ca3Sc2Si3O12:Ce3+的第一性原理研究

对Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺共掺杂N^3-、Sc³⁺、Mn²⁺、Mg²⁺和Na⁺进行第一性原理计算,研究不同的电荷补偿对发光中心Ce³⁺的影响．首先利用密度泛函理论构建超晶胞模型对Ce³⁺周围的局部结构进行了优化,然后通过CASSCF/CASPT2 RASSI-SO计算得到Ce³⁺的4f→5d跃迁能量．计算数据与实验光谱相吻合．实验光谱中的一个未知峰值理论分析确认是Sc³⁺替代Si⁴⁺导致的．     

AlN/Si3N4纳米多层膜的外延生长与力学性能

采用射频磁控溅射方法制备单层AlN, Si₃N₄薄膜和不同调制周期的AlN/Si₃N₄纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜进行表征.结果发现,多层膜中Si₃N₄层的晶体结构和多层膜的硬度依赖于Si₃N₄层的厚度.当AlN层厚度为4.0nm、 Si₃N₄层厚度 关键词： 3N₄纳米多层膜')" href="#">AlN/Si₃N₄纳米多层膜 外延生长 应力场 超硬效应     

Crystallization of amorphous Si3N4 and superhardness effect in HfC/Si3N4 nanomultilayers

HfC/Si₃N₄ nanomultilayers with various thicknesses of Si₃N₄ layer have been prepared by reactive magnetron sputtering. Microstructure and mechanical properties of the multilayers have been investigated. The results show that amorphous Si₃N₄ is forced to crystallize and grow coherently with HfC when the Si₃N₄ layer thickness is less than 0.95 nm, correspondingly the multilayers exhibit strong columnar structure and achieve a significantly enhanced hardness with the maximum of 38.2 GPa. Further increasing Si₃N₄ layer thickness leads to the formation of amorphous Si₃N₄, which blocks the coherent growth of multilayer, and thus the hardness of multilayer decreases quickly.     

SiO2的赝晶化及AlN/SiO2纳米多层膜的超硬效应

采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO₂层厚度的AlN/SiO₂纳米多层膜，利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能，研究了SiO₂层在多层膜中的晶化现象及其对多层膜生长方式及力学性能的影响. 结果表明，由于受AlN六方晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的SiO₂层在其厚度小于0.6 nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体并与AlN形成共格外延生长. 由于不同模量的两调制层存在晶格错配度，多层膜中产生了拉、压交变的应力场，使得多层膜产生硬度升高的超硬效应. SiO₂随层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长，多层膜的外延生长结构受到破坏，其硬度也随之降低. 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">AlN/SiO₂纳米多层膜 赝晶化 应力场 超硬效应     

Improving the tribological performances of graphite-like carbon films on Si3N4 and SiC by using Si interlayers

Si interlayers were used to obtain the excellent tribological performances of graphite-like carbon (GLC) film on silicon nitride (Si₃N₄) and silicon carbide (SiC). The microstructure and mechanical characteristics of the as-prepared GLC films with Si interlayers were investigated by scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, nanoindention and scratch test. The tribological behaviors of GLC-coated and uncoated Si₃N₄ and SiC were comparatively studied by a ball-on-disc tribo-meter in both dry and water environments. Results showed that the Si interlayers were dense and bonded well with both the substrates and GLC layers. The as-prepared GLC films exhibited excellent tribological performances in both dry and water environments. More importantly, the stably mild wear without any delamination was obtained in water by using Si interlayer. The mechanisms of friction reduction and anti-wear performances of GLC films on the two ceramics with Si interlayers under different environmental conditions were discussed, as well as the corresponding models were deduced.     

TiN/SiO2纳米多层膜的晶体生长与超硬效应

高硬度的含氧化物纳米多层膜在工具涂层上具有重要的应用价值.研究了TiN/SiO2_{2纳米多 层膜的晶体生长特征和超硬效应.一系列具有不同SiO22和TiN调制层厚的纳米多 层膜采用多 靶磁控溅射法制备；采用x射线衍射、x射线能量色散谱、高分辨电子显微镜和微力学探针表 征了多层膜的微结构和力学性能.结果表明，虽然以单层膜形式存在的TiN和SiO22分别形成 纳米晶和非晶结构，它们组成多层膜时会因晶体生长的互促效应而呈现共格外延生长的结构 特 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">TiN/SiO22纳米多层膜 外延生长 非晶晶化 超硬效应}     

Radiation damage effects on power VDMOS devices with composite SiO2–Si3N4 films

Total dose effects and single event effects on radiation-hardened power vertical double-diffusion metal oxide semiconductor (VDMOS) devices with composite SiO₂-–Si₃N₄ film gate are investigated. The relationships among the important electrical parameters of the samples with different thickness SiO₂-–Si₃N₄ films, such as threshold voltage, breakdown voltage, and on-state resistance in accumulated dose, are discussed. The total dose experiment results show that the breakdown voltage and the on-state resistance barely change with the accumulated dose. However, the relationships between the threshold voltages of the samples and the accumulated dose are more complex, not only positive drift, but also negative drift. At the end of the total dose experiment, we select the group of samples which have the smaller threshold voltage shift to carry out the single event effect studies. We find that the samples with appropriate thickness ratio SiO₂-–Si₃N₄ films have a good radiation-hardening ability. This method may be useful in solving both the SEGR and the total dose problems with the composite SiO₂-–Si₃N₄ films.     

反应溅射VN/SiO2纳米多层膜的微结构与力学性能

采用V和SiO₂靶通过反应溅射方法制备了一系列具有不同SiO₂和VN调制层厚的VN/SiO₂纳米多层膜. 利用X射线衍射、X射线能量色散谱、高分辨电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能. 结果表明：在Ar，N₂混和气体中，射频反应溅射的SiO₂薄膜不会渗氮. 单层膜时以非晶态存在的SiO₂，当其厚度小于1nm时，在多层膜中因VN晶体层的模板效应被强制晶化，并与VN层形成共格外延生长. 相应地，多层膜的硬度得到明显提高，最高硬度达34GPa. 随SiO₂层厚度的进一步增加，SiO₂层逐渐转变为非晶态，破坏了与VN层的共格外延生长结构，多层膜硬度也随之降低. VN调制层的改变对多层膜的生长结构和力学性能也有影响，但并不明显. 关键词： 2纳米多层膜')" href="#">VN/SiO₂纳米多层膜 共格外延生长 非晶晶化 超硬效应     

Preparation, characterization and luminescence properties of porous Si3N4 ceramics with Eu2O3 as sintering additive

Porous Si₃N₄ ceramics with photoluminescence properties were prepared by pressureless sintering using α-Si₃N₄ powder as raw material and Eu₂O₃ as sintering additive. Chemical composition, phase formation, microstructure and photoluminescence properties of porous Si₃N₄ ceramics were studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and photoluminescence measurements (PL/PLE). The results show that single Eu₂O₃ additive promotes α→β transformation but not significant densification. A broad band emission center at 570 nm assigned to Eu²⁺ is observed, Eu³⁺ in Eu₂O₃ is (partially) converted to Eu²⁺ by reaction with Si₃N₄, which results in a lower β aspect ratio and β-content compared to the other Ln (Ln=lanthanide) oxide additives.     

反应磁控溅射ZrN/AlON纳米多层膜的晶体生长和超硬效应

采用Zr靶和Al₂O₃靶通过在Ar，N₂混合气氛中进行反应磁控溅射的方法制备了不同AlON调制层厚和不同ZrN调制层厚的两个系列的ZrN/AlON纳米多层膜.利用X射线能量色散谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针研究了多层膜的成分、微结构和力学性能.结果表明，在Ar，N₂混合气氛中对Al₂O₃进行溅射的过程中，N原子会部分取代Al₂O₃中的氧原子，形成AlON化合物.在ZrN/AlON纳米多层膜中，由于受到ZrN晶体调制层的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的AlON层在其厚度小于0.9nm时被强制晶化并与ZrN层形成共格外延生长；相应地，多层膜的硬度明显提高，最高硬度达到33.0GPa.进一步增加多层膜中AlON调制层的厚度，AlON层形成非晶结构，破坏了多层膜的共格外延生长，导致其硬度逐步降低. 关键词： ZrN/AlON纳米多层膜 外延生长 非晶晶化 力学性能