Ar环境气压对脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒平均尺寸的影响

采用XeCl脉冲准分子激光器，烧蚀高阻抗单晶Si靶，在1—500 Pa的Ar气环境下沉积制备了纳米Si薄膜. x射线衍射谱测量证实，纳米Si晶粒已经形成.利用扫描电子显微镜观测了所形成纳米Si薄膜的表面形貌，结果表明，随着环境气压的增加，所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸增大，气压为100 Pa时达到最大值20 nm，而后开始减小. 从晶粒形成动力学角度，对实验结果进行了定性分析. 关键词： 纳米Si晶粒 脉冲激光烧蚀 表面形貌     

脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒成核区位置的确定

为了确定纳米Si晶粒气相成核的位置，采用XeCl准分子激光器，在10Pa氩气环境下，烧蚀高阻抗单晶Si靶，在距离等离子羽正下方2.0cm处、与其轴线平行放置一系列单晶Si或玻璃衬底，沉积制备了纳米Si薄膜. X射线衍射、Raman散射、扫描电子显微镜和原子力显微镜结果均显示，纳米Si晶粒只在距靶约0.5—2.8cm平行距离范围内的样品上形成，在此范围内，随着离靶平行距离的增大，所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸逐渐减小，并且晶粒尺寸的分布也发生变化. 根据成核区起始和终止的突变特征，结合晶粒形成后的平抛运动规律，对晶粒气相成核的位置进行了估算. 关键词： 纳米Si晶粒 脉冲激光烧蚀 成核区     

脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒成核气压阈值及动力学研究

采用脉冲激光烧蚀技术,在室温、低压Ar气条件下通过改变气体压强及靶与衬底间距,对纳米Si晶粒成核的气压阈值进行了研究.根据扫描电子显微镜图像、拉曼散射谱和X射线衍射谱对制备样品的表征结果,确定了在室温、激光能量密度为4 J/cm²、靶与衬底间距为3 cm条件下形成纳米Si晶粒的阈值气压为0.6 Pa.结合流体力学模型和成核分区模型,对纳米晶粒的成核动力学过程进行了分析.通过Monte Carlo数值模拟,表明在气相成核过程中,烧蚀Si原子的温度和过饱和密度共同影响着纳米晶粒的成核. 关键词： 脉冲激光烧蚀 成核 气压阈值 Monte Carlo数值模拟     

具有窄光致发光谱的纳米Si晶薄膜的激光烧蚀制备

采用XeCl脉冲准分子激光器，在10Pa的Ar气环境下，烧蚀高阻单晶Si靶，分别在距靶3cm的玻璃和单晶Si衬底上制备了纳米Si薄膜. 相应的Raman谱和x射线衍射谱均证实了薄膜中纳米Si晶粒的形成. 扫描电子显微镜图像显示，所形成的薄膜呈均匀的纳米Si晶粒镶嵌结构. 相应的光致发光峰位出现在599nm，峰值半高宽为56nm，与相同参数下以He气为缓冲气体的结果相比，具有较窄的光致发光谱，并显示出谱峰蓝移现象. 关键词： 纳米Si晶粒 脉冲激光烧蚀 薄膜形貌 光致发光     

衬底加温和后续热退火法形成纳米硅晶粒成核势垒的比较

在真空环境中,采用脉冲激光烧蚀技术,分别在衬底加温和室温条件下沉积制备了纳米Si薄膜.对在室温条件下制备得到的非晶Si薄膜,采用后续热退火实现其晶化.通过扫描电子显微镜、Raman散射仪和X射线衍射仪对制备的薄膜形貌、晶态成分进行表征,得到两种情况下纳米Si晶粒形成的阈值温度分别为700 ℃和850 ℃,通过定量计算比较了两种情况下晶粒成核势垒的大小,并从能量角度对阈值温度的差别进行了理论分析.     

低压下气流对激光沉积纳米硅晶化及尺寸的影响

纳米硅具有明显的光致发光效应和量子尺寸效应,广泛的应用在现代电子工业和太阳能光伏工业中.尺寸影响着纳米硅的实际用途,因此制备尺寸可控的纳米硅晶粒具有很重要的实际意义.本文采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在烧蚀点水平方向、距靶2 cm处引入一束流量为5 sccm的氩(Ar)气流,在0.01-0.5 Pa的Ar气压下烧蚀高阻抗单晶硅(Si)靶.在管口正下方1 cm处水平放置衬底来沉积纳米Si薄膜;并用同一装置,在0.08 Pa的Ar气压下分别引入流量为0,2.5,5,7.5,10 sccm的Ar气流沉积纳米Si薄膜.利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、Raman散射对样品表面形貌和微观结构进行分析表征.结果表明:不引入气流时出现纳米Si晶粒的阈值气压是0.1Pa,引入气流后出现纳米Si晶粒的阈值气压为0.05 Pa.晶粒尺寸随着气流流量的增大而减小.     

外加气流对脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒尺寸分布的影响

提出一种控制脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒尺寸分布的新方法。在10Pa的Ar环境中,采用脉冲激光烧蚀高阻抗单晶硅靶沉积制备了纳米Si晶薄膜。在羽辉正上方2.0cm,距靶0.3～3.0cm范围内的不同位置引入氩气流,在烧蚀点正下方2.0cm处水平放置单晶Si(111)衬底来收集制备的纳米Si晶粒。利用扫描电子显微镜观察样品表面形貌,并对衬底不同位置上纳米Si晶粒进行统计。结果表明:在不引入气流时,晶粒的尺寸随靶衬间距的增加先增大后减小,晶粒尺寸峰值出现在距靶1.7cm处;引入气流后,晶粒尺寸分布发生变化,在距靶1.7cm引入气流时晶粒尺寸峰值最大,在距靶3.0cm引入气流时晶粒尺寸峰值最小,且出现晶粒尺寸峰值的位置随着引入气流位置的增加而增大。     

电场中不同能量密度激光烧蚀制备纳米硅晶粒分布特性

在室温和10 Pa氩气环境中,引入平行于靶面方向的直流电场,通过改变脉冲激光能量密度烧蚀单晶硅靶,在与羽辉轴线呈不同角度的衬底上沉积纳米硅晶薄膜。利用扫描电子显微镜和拉曼散射谱对沉积样品进行分析,结果表明:随着激光能量密度的增加,位于相同角度衬底上的晶粒尺寸和面密度逐渐变大;在同一激光能量密度下,零度角处衬底上的晶粒尺寸和面密度最大,且靠近接地极板处的值比与之对称角度处略大。通过朗缪尔探针对不同能量密度下烧蚀羽辉中硅离子密度变化的诊断、结合成核区内晶粒成核生长动力学过程,对晶粒分布特性进行了分析。     

电场条件下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长动力学研究

在室温、10Pa氩气环境氛围中,引入垂直于烧蚀羽辉轴线的外加直流电场,采用脉冲激光烧蚀技术制备了一系列纳米硅晶薄膜,衬底分布于以烧蚀点为圆心的弧形支架上.扫描电子显微镜、喇曼散射谱和X射线衍射谱检测结果表明:晶粒平均尺寸随着电压的增加逐渐变大,且靠近接地极板处的晶粒尺寸比与之对称角度处的略大;薄膜中晶粒面密度随着电压的增加先减小后增大而后再减小.     

Ar环境下脉冲激光烧蚀粒子阻尼系数的空间分布

在10 Pa的Ar环境气体中,采用脉冲激光烧蚀技术,分别在半径为2.0,2.5,3.0,3.5和4.0 cm的半圆环不同角度处的衬底上制备了一系列含有纳米晶粒的Si晶薄膜。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪对其表面形貌和微观结构进行分析表征。结果表明,纳米Si晶粒的平均尺寸和烧蚀粒子的阻尼系数均相对于羽辉轴向呈对称分布,并随着与羽辉轴向夹角的增大而减小;同时,随着衬底半径的增加,晶粒平均尺寸和阻尼系数均逐渐减小。     

Super-hydrophilic properties of TiO2-DLC nanocomposite films fabricated by the simple electrochemical process

Anatase TiO₂ nanoparticles incorporated DLC films were successfully deposited on single crystalline silicon substrates by the electrolysis of TiO₂-methanol solution under ambient atmospheric pressure and low temperature. Anatase TiO₂ nanoparticles were embedded into amorphous carbon matrix, forming the typical nanocrystalline/amorphous nanocomposite films, confirmed by transmission electron microscopy (TEM). TiO₂ incorporation effectively increased the sp³-hybridized carbon concentration in the composite film, and further regulated the microstructure and surface morphology. Furthermore, the static contact testing completely displayed, TiO₂ incorporation got the composite films super-hydrophilic, which fundamentally improved the wetting ability of DLC film.     

Preparation of a Single Layer of Luminescent Nanocrystalline Si Structures by Laser Irradiation Method

KrF excimer laser annealing on ultrathin hydrogenated amorphous Si films with various initial Si thicknesses is carried out to obtain a single layer of nanocrystalline Si structures. It is found that Si nanograins can be obtained with the area density as high as 10^11 cm^-2 under the irradiation with suitable laser fluence. Raman and planar transmission electron microscopy are used to characterize the formation process of Si nanocrystals from amorphous phase. Moreover, a strong photoluminescence is observed at room temperature from well-relaxed nanocrystalline Si structures.     

脉冲激光晶化超薄非晶硅膜的分子动力学研究

利用准分子脉冲激光晶化非晶硅薄膜是制备高密度尺寸可控的硅基纳米结构的有效方法之一.本文将脉冲激光对非晶硅超薄膜的影响处理为热传导问题,采用了基于Tersoff势函数的分子动力学方法模拟了在非晶氮化硅衬底上2.7 nm超薄非晶硅膜的脉冲激光晶化过程.研究了不同激光能量对非晶硅薄膜晶化形成纳米硅的影响,发现在合适的激光能量窗口下,可以获得高密度尺寸可控的纳米硅薄膜,进而模拟了在此能量作用下非晶硅膜中成核与生长的机理与微观过程,并对晶化所获得的纳米硅薄膜的微结构进行了分析. 关键词： 非晶硅 分子动力学 脉冲激光晶化     

激光等离子体淀积硅膜

本工作研究了低温、低压下硅薄膜的激光淀积过程,获得均匀性好,平方厘米量级的多晶和非晶态薄膜。仔细测量了淀积过程的最佳条件,在380℃基片温度做得多晶膜。利用有共振吸收的光学击穿以及气体被击穿后产生爆炸波导致高能Si原子产生的模型,讨论了激光等离子体CVD动力学过程。发现TEACO₂激光击穿SiH₄,以及诱发的爆炸波对硅膜生长有重要作用。理论算得的硅膜生长面积和晶态结构与实验定性符合。 关键词：