频率-电流扫描3ω法表征纳米薄膜界面热阻

纳米薄膜与基体之间的界面热输运是MEMS系统热管理和热设计的热点和难点。建立了频率扫描3ω法的热阻抗网络模型。利用频率-电流扫描3ω法和不同厚度薄膜试样得到单层纳米薄膜与基体之间的界面热阻。ZrO_2、SiO_2增透膜与基体之间的界面热阻分别为0.108 m~2·K·MW~(-1)和0.066 m~2·K·MW~(-1)。发现界面热阻与扫描频率无关,未发现界面热阻随膜厚变化的尺度效应。实验和理论分析表明,声子近界面效应在增透膜和基体界面的热输运过程中起主导作用。     

多层纳米薄膜结构热物性重构

基于谐波探测技术测量材料导热系数和热扩散系数的基本原理,给出3ω法用于多层纳米薄膜结构热物性实验表征的方法.考虑了层间接触热阻的作用,在频域内定义了热阻抗的概念.理论分析了各层纳米薄膜的导热系数、热扩散系数等热参数对加热膜温度波动影响的敏感性.将敏感系数与实验数据处理相结合,利用三次谐波的实部和虚部分量测量了ZrO2/SiO2增透膜多层膜结构中各层的导热系数和热扩散系数.该方法可用来有效表征其他微纳米结构的热性能.     

界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟

金属多层膜调制周期下降到纳米级时,其力学性质会发生显著改变. Cu-Ni晶格失配度约为2.7%,可以形成共格界面和半共格界面,实验中实现沿[111]方向生长的调制周期为几纳米且具有异孪晶界面结构的Cu/Ni多层膜,其力学性质发生显著改变.本文采用分子动力学方法对共格界面、共格孪晶界面、半共格界面、半共格孪晶界面等四种不同界面结构的Cu/Ni多层膜进行纳米压痕模拟,研究压痕过程中不同界面结构类型的形变演化规律以及位错与界面的相互作用,获取Cu/Ni多层膜不同界面结构对其力学性能的影响特征.计算结果表明,不同界面结构的样品在不同压痕深度时表现出的强化或软化作用机理不同,软化机制主要是由于形成了平行于界面的分位错以及孪晶界面的迁移,强化机制主要是由于界面对位错的限定作用以及失配位错网状结构与孪晶界面迁移时所形成的弓形位错之间的相互作用.     

纳米Cu/Al_2O_3组装体模板合成与光吸收

以有序的多孔氧化铝为模板,利用交流电在孔洞中沉积金属铜得到纳米Cu粒子/Al2O3组装体系.透射电镜观察显示随着交流电沉积时间的延长,孔洞中纳米Cu粒子数量增加.测量了纳米Cu粒子/Al2O3组装体系的紫外可见光吸收光谱,发现随着孔洞中纳米Cu粒子数量增加,纳米Cu粒子/Al2O3组装体系的吸收带边大幅度红移;根据雷利散射引起的消光增强解释了组装体吸收带边红移的原因.同时发现Cu粒子的表面等离子共振吸收峰消失及组装体在吸收带边区光吸收值满足间接带隙半导体光吸收边的表达式.     

3ω法加热/测温膜中温度波解析及其在微/纳米薄膜导热系数测量中的应用

给出了3ω法测试系统中描述薄膜表面加热/测温膜中温度波动的级数形式解，并将复数温度波动的实部和虚部分开表示.利用该解分析了交流加热频率、加热膜宽度和材料热物性的组合参数对加热膜温度波动幅度的影响.并根据此解对测量原理的数学模型进行了修正，建立了相应的3ω测试系统，首先测定了厚度为500 nm SiO₂薄膜的导热系数，验证了实验系统的合理性.加大了测试频率，利用级数模型在高频段直接得到SiO₂薄膜的导热系数，结合低频段的数据同时确定了Si基体的导热系数.利用级数解分析测试了激光晶体Nd:YAG〈111〉面上多层ZrO₂/SiO₂增透膜的导热系数，测试的ZrO₂薄膜的导热系数比体材料小.进行了不确定度分析.结果表明，提出的分析方法可以有效研究微器件表面薄膜结构的导热性能. 关键词： ω法')" href="#">3ω法 微/纳米薄膜 导热系数 微尺度加热膜     

溶胶凝胶法制备以Al_2O_3为界面修饰层的铪铟锌氧薄膜晶体管

利用溶液法制备了以HfSiOx为绝缘层、HfInZnO为有源层、Al_2O_3为界面修饰层的TFT器件。HfSiOx薄膜经Al_2O_3薄膜修饰后,薄膜表面粗糙度从0.24nm降低至0.16nm。Al2O3薄膜与HfSiOx薄膜之间的界面接触良好,以Al_2O_3为界面修饰层的TFT器件整体性能得到提升,具体表现为:栅极电压正向和反向扫描过程中产生的阈值电压漂移显著减小,器件的阈值电压和亚阈值摆幅降低,迁移率与开关比增大。研究证明,溶液法制备Al_2O_3薄膜适合作为改善器件性能的界面修饰层。     

界面对ZrN/TaN纳米多层膜固氦性能的影响

采用射频磁控溅射方法, 在混合气氛下制备了ZrN/TaN多层膜. 利用X射线衍射、慢正电子束分析、增强质子背散射、扫描电子显微镜, 分别对ZrN/TaN多层膜中相结构、氦相关缺陷、氦含量、截面形貌等进行了分析. 结果表明, 调制周期为30 nm的ZrN/TaN多层膜在600℃退火后, 氦的保持率仍能达到45.6%. 在适当的调制周期下, ZrN/TaN多层膜能够耐氦损伤并且其界面具有一定的固氦性能. 关键词： ZrN/TaN 纳米多层膜 界面 固氦     

空心Fe_3O_4纳米微球的制备及超顺磁性

采用水热控制合成法,以六水三氯化铁、柠檬酸三钠和尿素为原料,聚丙烯酰胺为稳定剂, 200?C下反应12 h制备得到了超顺磁性空心Fe_3O_4纳米微球.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对样品的结构和形貌进行表征,并采用振动样品磁强计测试了样品的磁性能.结果表明:所得样品为具有尖晶石结构的Fe_3O_4纳米微球,尺寸为160 nm左右,呈分等级结构,即整个微球由粒径约18 nm的初级晶粒自组装堆叠而成;室温下表现为典型的超顺磁性,且饱和磁化强度为73.3 emu/g (1 emu/g=1 A·m~2/kg),这种高饱和磁化强度可以由其初级晶粒晶化程度高且粒径较大以及这种特殊的二次自组装结构进行解释.这种Fe_3O_4纳米微球为疏松多孔的空心球状结构,具有粒径分布均匀、分散性良好和超顺磁性的特点,在药物靶向输运和肿瘤热疗中有潜在的应用.     

杂质S对Fe/Al_2O_3界面结合影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究了杂质S对Fe/Al_2O_3界面结合的影响.计算结果表明:S在界面上Fe3原子处的界面偏析能最小,因此S易于向Fe3原子处偏析.Fe/Al_2O_3界面的结合主要受界面两侧Fe和O原子间相互作用控制.态密度、键重叠布居数和电子密度的计算结果均表明:S在界面处的偏析减弱了界面处Fe原子和O原子之间的相互作用,而且S的存在会引起Fe和O原子之间较强的静电排斥,这些导致了界面结合力的下降.研究结果可以使我们深入理解S在Fe-Cr-Al合金界面处的偏析造成氧化膜与合金基体结合减弱及氧化膜在S偏聚处剥离的机理.     

基于微纳结构与金属纳米层的颜色调控技术研究

本文提出一种基于微纳结构及金属纳米层的颜色调控方法. 通过理论分析研究, 建立了基于多孔氧化铝(PA) 微纳结构与金属纳米层的颜色调控物理模型. 以此为基础, 在孔深分别为250 nm和410 nm的PA模板表面磁控溅射铝(Al)金属纳米层, 对其反射干涉光谱分析可知, 通过控制PA模板的孔深可实现可见光谱范围内的颜色调控. 此外, 基于掩膜在孔深为410 nm的PA模板表面局域溅射铬(Cr)金属纳米层, 通过对其反射干涉光谱分析并与相同孔深的镀Al金属纳米层的PA颜色进行对比, 可以发现改变金属纳米层的材料和厚度同样可以实现颜色调控, 并通过局域颜色调控制备出彩色图案. 研究结果表明, 基于微纳结构及金属纳米层的颜色调控是一种切实可行和有效的方法.     

二维微纳米结构表面反射特性的时域有限差分法模拟研究

亚波长微纳米结构表面具有优良的抗反射特性,本文以硅基太阳能电池响应光谱的300~1 200 nm为应用基础,利用时域有限差分法计算了表面面形、结构参量的占空比、高度和周期以及光波入射角等对二维微纳米结构表面反射特性的影响,并结合等效介质理论进行了进一步理论分析,结果表明:等截面光栅结构的反射率较大,结构参量影响也较小;锥形渐变截面光栅结构的抗反射性能较好,且反射率随着占空比、结构高度的增大而显著下降;同时,光波在光栅法线的±40°范围内入射时,反射率均较小.通过对亚波长微纳米光栅结构的反射特性的模拟和分析,为抗反射表面的设计和制作提供了基础.     

SiO2纳米微球表面结构在可见光波段的减反特性

研究了不同尺寸SiO2胶体微球形成纳米结构薄膜的光学传输特性和光子带隙。通过在玻璃基底上自组装透光的SiO2胶体微球形成胶体晶体薄膜, 依据布拉格定律,分析微球尺寸对胶体晶体光子带隙的影响。为实现可见光波段的全方位减反射,提出通过改变胶体粒径将胶体晶体带隙位置移动至紫外波段,理论计算得出当粒径为112 nm,占空比为0.45时能实现可见光波段0.5%的平均反射率。实验结果表明,玻璃基底在400~800 nm间的平均反射率从4.3%降低至0.7%,最小反射率达0.3%。通过控制微球粒径移动光子带隙位置,优化晶体结构参数实现了可见光波段的减反射,有效提高了光学组件对可见光的利用率。     

纳米Si/SiO2多层膜的结构表征及发光特性

采用等离子体化学气相沉积系统生长非晶硅薄膜并用原位等离子体氧化的方法制备出具有不同子层厚度的非晶Si/SiO₂多层膜,然后利用限制性晶化原理使非晶硅层晶化生成纳米硅。利用Raman、TEM等手段对薄膜结构进行了系统表征,在室温下观测到了光致发光信号,其发光峰峰位在750nm附近。进而在样品上下表面蒸镀电极,构建了电致发光原型器件并观测到了室温下的电致发光谱,开启电压约为6V,有两个明显的发光带,分别位于在650nm和520nm处。初步探讨了纳米硅及纳米硅/二氧化硅界面态对发光特性的影响。     

微纳米加工技术对La2/3Ca1/3MnO3材料性能影响的研究

利用脉冲激光沉积(PLD)方法制备了La2/3Ca1/3MnO3(LCMO)外延薄膜.然后利用微纳米加工技术对LCMO薄膜材料进行了局部改造,制造出宽度仅为83纳米的弱联接结构,并对此进行了一系列的物性改变研究.发现在测量电流不变(1μA)的情况下,R～T曲线在120K附近有一个尖锐的跳变,跳变的温度区间很窄.此外,测量电流和外加磁场的增加,都能对跳变现象产生抑制作用.目前认为这种现象的产生是由于相分离的原因导致的.     

调制结构对c-VC/h-TiB2纳米多层膜的超硬效应的影响

通过磁控溅射法制备了一系列不同调制结构的c-VC/h-TiB2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力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能,研究了纳米多层膜调制结构与超硬效应的关系.基于实验研究结果,建立了立方结构VC和六方结构TiB2组成纳米多层膜时调制结构与硬度的关系图,该图分为四个区域,超硬效应产生于具有明锐界面和共格生长结构的区域中,而在其他区域内调制结构的改变将导致多层膜微结构发生变化,使得硬度相应降低.这一关系图可为类似异结构纳米多层膜获得超硬效应的调制结构设计提供参考.     

AlN/NbN纳米结构多层膜的共格异结构外延生长研究

采用射频磁控溅射法制备了NbN,AlN单层膜及不同调制周期的AlN/NbN纳米结构多层膜,采用X射线衍射仪、小角度X射线反射仪和高分辨透射电子显微镜等对薄膜进行了表征.结果表明：单层膜AlN为六方结构,NbN为面心立方结构;AlN/NbN多层膜中AlN为六方结构,NbN为面心立方结构,界面处呈共格状态,其共格关系为c-NbN（111）面平行于h-AlN（0002）面,晶格错配度为013%.热力学计算表明:AlN/NbN多层膜中不论AlN层与NbN层的厚度如何,AlN层均不会形成亚稳的立方AlN,而是形成 关键词： AlN/NbN纳米结构多层膜 共格外延生长 异结构     

Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2复合纳米结构的尺寸与磁性调控

采用共沉淀法和溶剂热法制备了不同尺寸的Fe_3O_4纳米粒子,通过Stber法和溶胶-凝胶法在Fe_3O_4磁核上包覆SiO_2和Ti O2壳层获得不同尺寸的Fe_3O_4@SiO_2@Ti O2复合纳米结构.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)等对其结构、形貌和磁性进行了研究.结果表明,大尺寸复合纳米粒子包覆均匀,分散性好,饱和磁化强度较大,有利于TiO_2光催化剂的磁回收与再利用.     

纳米结构Zn_xFe_(3-x)O_4-α-Fe_2O_3多晶材料中的巨隧道磁电阻效应

在具有纳米绝缘层的多晶锌铁氧体体系中 ,当晶界为α Fe2 O3纳米量级 ( 6— 7nm)的绝缘层时 ,则构成 (ZnxFe3-xO4 ) α Fe2 O3非均匀体 ,高分辨电子显微镜已证实了这种微结构 ,该体系在 0 .5T磁场、4 .2K温度下 ,磁电阻效应可达12 80 % ,3 0 0℃下为 15 8% .     

Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米棒的微乳液-微波法制备、表征与发光性能

用简单的微乳液-微波法合成大小和形貌可控的Y2O3∶Eu3+纳米棒晶体。XRD结果表明,所制备样品为Y2O3∶Eu3+纯相,属于体心立方晶系。TEM结果表明,随着水乳比ω0从5变化到35时,粒子发光粉的形状由纳米颗粒状变为纳米棒,纳米棒的直径约为30～50 nm,纳米棒长约为200～300 nm。激发光谱和发射光谱分析表明,最大的激发带是位于254 nm的Eu3+-O2-电荷迁移带。最大发射峰位于611 nm,属于Eu3+的特征发射。Y2O3∶Eu3+纳米发光粉的发光强度随着ω0的增加而增强。发光寿命分析表明Y2O3∶Eu3+纳米棒中Eu3+的发光寿命为2.03 ms。在阴极射线发光真空装置中测得的I-V曲线表明Y2O3∶Eu3+纳米棒薄膜的启动电压仅1 300 V。同时,在2 000 V外加电压下可以清楚地观察到Y2O3∶Eu3+纳米棒的阴极射线发光为Eu3+离子的特征红光。     

微乳液法SiO2/罗丹明B荧光杂化纳米微球的制备与表征

在甲苯存在下的反相微乳液体系中,将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)与罗丹明B进行预反应;再与正硅酸乙酯( TEOS)经原位溶胶-凝胶反应,制备SiO2/罗丹明B荧光杂化纳米微球.通过FTIR、UV-Vis、TEM、TG和光致发光谱对杂化纳米微球进行了表征.结果表明:罗丹明B与KH560间通过酯基形成化学键...