退火对B掺杂纳米金刚石薄膜微结构和电化学性能的影响

采用热丝化学气相沉积法制备B掺杂纳米金刚石薄膜,并对薄膜进行真空退火处理,系统研究了不同退火温度对B掺杂纳米金刚石薄膜的微结构和电化学性能的影响.结果表明,当退火温度升高到800 ℃后,薄膜的Raman谱图中由未退火时在1157,1346,1470,1555 cm^-1处的4个峰转变为只有D峰和G峰,说明晶界上的氢大量解吸附量减少,并且D峰和G峰的积分强度比I_D/I_G值变为最小,即sp²相团簇     

退火温度对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和p型导电性能的影响

采用热丝化学气相沉积法制备硼掺杂纳米金刚石 (BDND) 薄膜, 并对薄膜进行真空退火处理, 系统研究退火温度对BDND薄膜微结构和电学性能的影响. Hall效应测试结果表明掺B浓度为5000 ppm (NHB) 的样品的电阻率较掺B浓度为500 ppm (NLB) 的样品的低, 载流子浓度高, Hall迁移率下降. 1000 ℃退火后, NLB和NHB 样品的迁移率分别为53.3和39.3 cm²·V^-1·s^-1, 薄膜的迁移率较未退火样品提高, 电阻率降低. 高分辨透射电镜、紫外和可见光拉曼光谱测试结果表明, NLB样品的金刚石相含量较NHB样品高, 高的硼掺杂浓度使薄膜中的金刚石晶粒产生较大的晶格畸变. 经1000 ℃退火后, NLB和NHB薄膜中纳米金刚石相含量较未退火时增大, 说明薄膜中部分非晶碳转变为金刚石相, 为晶界上B扩散到纳米金刚石晶粒中提供了机会, 使得纳米金刚石晶粒中B浓度提高, 增强纳米金刚石晶粒的导电能力, 提高薄膜电学性能. 1000 ℃退火能够恢复纳米金刚石晶粒的晶格完整性, 减小由掺杂引起的内应力, 从而提高薄膜的电学性能. 可见光Raman光谱测试结果表明, 1000℃退火后, Raman谱图中反式聚乙炔 (TPA) 的1140 cm^-1峰消失, 此时薄膜电学性能较好, 说明TPA减少有利于提高薄膜的电学性能. 退火后金刚石相含量的增大、金刚石晶粒的完整性提高及TPA含量的大量减少有利于提高薄膜的电学性能. 关键词： 硼掺杂纳米金刚石薄膜 退火 微结构 电学性能     

氧离子注入纳米金刚石薄膜的微结构和电化学性能研究

在纳米金刚石薄膜中注入剂量为1012cm-2的氧离子,并进行700,800,900和1000?C的真空退火处理,系统研究薄膜的微结构和电化学性能结果表明,氧离子注入未退火(O120)和氧离子注入1000?C退火(O121000)电极的电势窗口分别为4.60 V和3.61 V,远大于其他电极的电势窗口,并且这两个样品的电极传质效率较高,说明氧离子注入和高温退火有利于提高电极的传质效率.红外光谱测试表明,样品O120和O121000的表面没有碳氢基团终止层,而其他样品均含有氢终止层,说明氧离子注入和高温退火破坏了薄膜表面含碳氢基团的氢终止层,提高了薄膜的电化学性能Raman光谱测试结果表明,金刚石含量较高、内应力较小和非晶石墨相无序化程度较大的样品具有较好的电化学性能;并且薄膜晶界处的非晶碳的团簇数量或者尺寸减小,样品的电化学性能提高.     

磷离子注入纳米金刚石薄膜的n型导电性能与微结构研究

系统研究了磷离子注入并在不同温度退火后的纳米金刚石薄膜的微结构和电学性能.研究表明,当退火温度达到800 ℃以上时,薄膜呈良好的n型电导.Raman光谱和电子顺磁共振谱的结果表明,薄膜中金刚石相含量越高和完整性越好,薄膜电阻率越低. 这说明纳米金刚石晶粒为薄膜提供了电导.1000 ℃退火后,薄膜晶界中的非晶石墨相有序度提高,碳悬键数量降低,薄膜电阻率升高.薄膜导电机理为磷离子注入的纳米金刚石晶粒提供了n型电导,非晶碳晶界为其电导提供了传输路径. 关键词： 纳米金刚石薄膜 n型 磷离子注入     

非平衡磁控溅射制备类石墨碳膜及性能研究

利用中频非平衡磁控溅射技术在单晶硅基底上沉积了类石墨碳膜, 采用Raman光谱、高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜分析了薄膜微观结构和表面形貌; 采用纳米压痕仪和CSM摩擦磨损试验机测试了碳膜力学性能和摩擦学性能. 结果表明: 利用中频非平衡磁控溅射技术沉积的碳膜是一种以sp²键合碳为主、结构非晶、硬度适中、应力较低、表面粗糙度较大、摩擦性能优异的薄膜. 脉冲占空比对薄膜微观结构和性能有显著影响, 随着脉冲占空比的增大, Raman光谱D峰和G峰的强度比I_D/I_G先减小后增大, 而硬度随脉冲占空比的增大却呈现出相反的变化趋势, 即先增大后减小; 大气氛围中的摩擦性能测试表明, 本实验制备的薄膜具有优异的抗磨性能(～10^-11 cm³/N^-1. m^-1)和承载能力(～2.5 GPa). 随脉冲占空比的增大, 薄膜摩擦系数变化甚微而磨损率却呈现先显著减小后轻微增大的变化趋势. 类石墨碳膜优异的摩擦学性能主要归因于其独特的结构、较低的内应力及良好的结构稳定性.     

低温铝诱导晶化制备纳米晶硅薄膜的物相和光学性能研究

采用射频磁控溅射镀膜系统,在玻璃衬底上制备了非晶硅(α-Si)/铝(Al)复合薄膜,结合氮气(N₂)气氛中低温快速光热退火制备了纳米晶硅(nc-Si)薄膜;利用光学显微镜、共焦光学显微仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼散射光谱(Raman)仪和紫外-可见光-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)对纳米晶硅薄膜的表面形貌、物相及光学性能进行了表征,研究了退火工艺对薄膜性能的影响。结果表明： 300 ℃,25 min光热退火可使α-Si/Al膜晶化为纳米晶硅薄膜,晶化率为15.56%,晶粒尺寸为1.75 nm;退火温度从300 ℃逐渐升高到400 ℃,纳米晶硅薄膜晶粒尺寸、晶化率、带隙逐渐增加,表面均匀性、晶格畸变量逐渐减小;退火温度从400 ℃逐渐升高到500 ℃,纳米晶硅薄膜的晶粒尺寸、晶化率继续增加,带隙则逐渐降低;采用纳米晶硅薄膜的吸光模型验证了所制备的纳米晶硅薄膜的光学特性,其光学带隙的变化趋势与吸光模型得出的结果一致。     

氧化对单颗粒层纳米金刚石薄膜硅空位发光和微结构的影响

制备了单个颗粒(domain)组成的纳米金刚石薄膜,薄膜中单个颗粒由尺寸超过100 nm的金刚石晶粒与非晶碳复合而成.对薄膜进行氧化处理后,其硅空位色心的光致发光强度增强了22.7倍.扫描电镜及拉曼光谱测试结果表明,不同时间氧化后的样品中存在由尺寸超过100 nm的晶粒组成的花瓣状金刚石聚集体,这些金刚石在较长氧化时间下仍能保持稳定.氧化后的薄膜内非晶碳大大减少,金刚石含量增大,纳米金刚石晶粒充分暴露引起了薄膜发光强度大幅增强,其发光半峰宽为5.6—6.0 nm.继续增加氧化时间,薄膜的光致发光会因为部分细小纳米金刚石晶粒的损失而略微降低,但是稳定的大尺寸金刚石晶粒的存在使得薄膜的发光强度依然维持在氧化前的8.3倍以上.     

晶粒尺寸对CoSb3化合物热电性能的影响

系统地研究了晶粒尺寸对CoSb₃化合物热电性能的影响规律，结果表明晶粒尺寸对CoSb₃化合物的晶格热导率κ_p、电导率σ、能隙宽度E_g和Seebeck系数α有显著影响.当晶粒尺寸由微米尺度减小到纳米尺度时，晶格热导率κ_p显著降低，Seebeck系数α有较大幅度的增加，能隙宽度E_g变宽，电导率σ有一定程度的下降.平均晶粒尺寸为200nm的CoSb₃化合物在温度为700K时，ZT值达到0.43，比平均晶粒尺寸为5000nm的试样增加了4倍.     

PLD方法制备的纳米Fe/Al薄膜的结构及应力分析

 采用PLD方法制备了Fe/Al合金薄膜，研究了Fe/Al合金薄膜的物相、结构、应力等。研究表明薄膜的沉积速率随着衬底温度的升高而降低。原子力显微镜（AFM）图像显示，薄膜表面平整、致密且光滑，均方根粗糙度小于1 nm。等离子体发射谱（ICP）表明Fe/Al原子比为1∶1。X射线小角衍射（XRD）分析表明薄膜中的物相是Al_0.5Fe_0.5，Al_0.5Fe_0.5晶体具有简单立方结构(SC)，晶格常数为0.297 nm，平均晶粒尺寸为81.74 nm，平均微畸变为0.007 6。     

硫离子注入纳米金刚石薄膜的微结构和电化学性能

采用热丝化学气相沉积法制备纳米金刚石薄膜,并对薄膜进行硫离子注入和真空退火处理.系统研究了退火温度对薄膜微结构和电化学性能的影响.结果表明,硫离子注入有利于提升薄膜的电化学可逆性.在800°C及以下温度退火时,薄膜中晶界处的非晶碳相逐渐向反式聚乙炔相转变,致使电化学性能逐渐变差.当退火温度上升到900°C时, Raman光谱和TEM结果显示此时薄膜中金刚石相含量较多且晶格质量较好,晶界中的反式聚乙炔发生裂解; X射线光电子能谱结果表明,此时C—O键、C=O键、p—p*含量显著增多; Hall效应测试显示此时薄膜迁移率与载流子浓度较未退火时明显升高;在铁氰化钾电解液中氧化还原峰高度对称,峰电位差减小至0.20 V,电化学活性面积增加到0.64 mC/cm~2,电化学可逆性远好于600, 700, 800°C退火时的样品.     

Production, structure, and microhardness of nanocrystalline Ni-Mo-B alloys

Radiography, differential scanning calorimetry, luminescence and high-resolution electron microscopy are used to study the production, nanocrystalline structure, stability, and microhardness of alloys from the Ni-Mo-B system containing from 27 at. % to 31.5 at. % Mo and 10 at. % B. All studies of these alloys indicated that annealing at 600 °C leads to the creation of a granular phase consisting of FCC nanocrystallites with average grain sizes of 15–25 nm, depending on the chemical composition of the alloy. Annealing these nanocrystalline samples isothermally at a temperature of 600 °C has no appreciable effect on the grain size. Structurally, the nanocrystalline phase consists of grains of an FCC solid solution of Mo and B in Ni, dispersed in an amorphous matrix that isolates them from one another. The lattice parameters of the FCC nanocrystallites depend on the alloy composition and the duration of their isothermal anneal. Within this latter time, molybdenum and boron atoms diffuse from the FCC solid-solution lattice into the surrounding amorphous matrix. The stability of the nanocrystalline structure is determined by the thermal stability of the amorphous matrix, whose crystallization temperature increases with the isothermal annealing time due to enrichment by boron and molybdenum. As the structure forms, the alloy becomes harder as the nanocrystalline grains grow in size. This relation between hardness and grain size, which is opposite to the Hall-Petch law, is explained by hardening of the amorphous matrix due to changes in its chemical composition. Fiz. Tverd. Tela (St. Petersburg) 40, 10–16 (January 1998)     

Structural and optical properties of low temperature synthesized Nanostructured BiFeO3 thin films

Nanostructured bismuth ferrite (BiFeO₃) thin films were deposited on glass substrate by the sol-gel process. The as-fired film at 250 °C was found to be amorphous crystallizing to pure rhombohedral phase after annealing at 450 °C for 2 h in air. The XRD pattern shows that the sample is polycrystalline in nature. The average grain size of the film calculated from the XRD data was found to be 16 nm. The as-fired film show high transmittance that decreases after crystallization. The absorption edge of the films was found to be sharper and shifting towards the lower energy as the annealing temperature increases. The optical energy band gaps of the amorphous and crystalline films were found to be 2.63 and 2.31 eV, respectively. The refractive indices of the amorphous and crystalline films were 2.05 and 2.26, respectively.     

金刚石薄膜的结构特征对薄膜附着性能的影响

在不同实验条件下，用微波等离子体化学气相沉积设备在硬质合金(WC+6%Co)衬底上沉积了 具有不同结构特征的金刚石薄膜.用Raman谱表征薄膜的品质和应力，用压痕实验表征薄膜的 附着性能，考察了薄膜中sp²杂化碳含量、形核密度、薄膜厚度对薄膜附着性能 的影响.结 果表明：sp²杂化碳的缓冲作用使薄膜中sp²杂化碳的含量对薄膜中 残余应力有较大的影 响，从而使薄膜压痕开裂直径统计性地随sp²杂化碳含量的增加而减小；仅仅依 靠超声遗 留的金刚石晶籽提高形核密度并不能有效改变薄膜与硬质合金基体之间的化学结合状况，从 而不能有效提高薄膜在衬底上的附着性能；在薄膜较薄时，晶粒之间没有压应力的存在，开 裂直径并不明显随厚度增加而增加，只有当薄膜厚度增加到一定值，晶粒之间才有较强压应 力存在，开裂直径随厚度的增加而较为迅速地增加. 关键词： 金刚石薄膜 附着性能 2杂化碳')" href="#">sp²杂化碳 成核密度 薄膜厚度     

具有广阔应用前景的纳米金刚石膜

纳米金刚石膜的制备、表征和应用研究已经成为CVD金刚石膜研究领域的一个新的热点．文章重点介绍了Gruen等人在贫氢和无氢环境中制备纳米金刚石膜的开创性工作,并和在富氢气氛中制备的纳米金刚石膜进行了对比评述．对纳米金刚石膜的表征技术和应用前景进行了讨论．     

FePt薄膜中磁相互作用

采用磁控溅射方法在自然氧化的单晶Si(100)衬底上制备了纳米结构的Fe₅₃Pt₄₇薄膜，并研究热处理后薄膜中的磁相互作用、晶粒尺寸与热处理温度的关系.经400℃热处理后，FePt薄膜中有明显的面心四方相形成，薄膜表现出硬磁性，晶粒尺度在20 nm，薄膜内部存在软硬磁交换耦合作用；随着热处理温度升高，硬磁相含量增加.同时由于FePt薄膜的晶粒长大，部分软硬磁晶粒之间的交换耦合作用失效；600℃热处理后，FePt的面心立方相已经完全转变为面心四方相，薄膜矫顽力由硬磁相之间的静磁作用贡献. 关键词： 磁性薄膜 纳米晶 磁性能 热处理     

Temperature dependences of optical properties,chemical composition,structure,and laser damage in Ta2O5 films

Ta2O5 films are prepared by e-beam evaporation with varied deposition temperatures,annealing temperatures,and annealing times.The effects of temperature on the optical properties,chemical composition,structure,and laserinduced damage threshold(LIDT) are systematically investigated.The results show that the increase of deposition temperature decreases the film transmittance slightly,yet annealing below 923 K is beneficial for the transmittance.The XRD analysis reveals that the film is in the amorphous phase when annealed below 873 K and in thehexagonal phase when annealed at 1073 K.While an interesting near-crystalline phase is found when annealed at 923 K.The LIDT increases with the deposition temperature increasing,whereas it increases firstly and then decreases as the annealing temperature increases.In addition,the increase of the annealing time from 4 h to 12 h is favourable to improving the LIDT,which is mainly due to the improvement of the O/Ta ratio.The highest LIDT film is obtained when annealed at 923 K,owing to the lowest density of defect.