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.     

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     

Ar环境气压对纳米Si晶粒成核区范围的影响

为了研究不同环境气压条件下纳米Si晶粒成核区的范围,采用波长为308 nm的 XeCl脉冲准分子激光器,分别在1-200 Pa的Ar气环境下, 烧蚀高阻抗单晶Si靶,在距离烧蚀点正下方2.0 cm处水平放置一系列单晶Si 或玻璃衬底,沉积制备了纳米Si薄膜. Raman谱和X射线衍射谱测量证实了薄膜中纳米Si晶粒已经形成. 扫描电子显微镜的测量结果表明,环境气压的变化影响了衬底上纳米Si晶粒的平均尺寸及其分布范围. 根据成核区位置的确定方法,计算得出随着环境气压的增加纳米Si晶粒成核区的范围先变宽后变窄的规律. 从烧蚀动力学的角度对实验结果进行了分析.     

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     

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。     

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     

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     

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.     

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。     

脉冲激光沉积纳米硅晶粒流体模型的推广

Yoshida等人提出的惯性流体模型只能解释脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒平均尺寸随环境气压的变化规律.在此模型基础上,考虑到烧蚀粒子的初始速度分布(Maxwell分布),得到了纳米硅晶粒尺寸分布的解析表达式,数值模拟结果与Yoshida等人在不同环境氦气压下制备样品的晶粒尺寸分布的实验统计数据基本相符.还利用修正后的模型对不同环境气体种类(氦、氖、氩)中制备的纳米Si晶粒尺寸分布进行了模拟,模拟结果与实验数据相符.结论可为实现纳米硅晶粒尺寸的均匀可控提供理论依据. 关键词： 纳米硅晶粒 脉冲激光烧蚀 惯性流体模型 尺寸分布     

Synthesis of FeCo nanoparticles by pulsed laser deposition in a diffusion cloud chamber

Magnetic FeCo nanoparticles were successfully synthesized in a diffusion cloud chamber setup within pulsed laser deposition (PLD) equipment. The variation of morphology and size of FeCo nanoparticles with the number of laser pulses, ambient gas pressure and temperature gradient was studied. It was observed that the morphology of the nanoparticles changes from “cloud-like” fractal clusters to particle chains; average particle size increased at higher argon gas pressure. Increasing the temperature gradient considerably reduced the agglomeration of the nanoparticles. Nanoparticles deposited using the diffusion cloud chamber are found to be crystalline.     

Effect of deposition parameters on morphology and size of FeCo nanoparticles synthesized by pulsed laser ablation deposition

The experimental parameters that control the surface morphology and size of iron cobalt nanoparticles synthesized at room temperature by pulsed laser ablation deposition (PLAD) technique have been systematically investigated. The nanoparticle synthesis has been achieved at higher operating gas pressures of argon. It was found that nanoparticles upon deposition formed small clusters, the size of which increases with decreasing pressure, increasing laser-energy density, and decreasing target-to-substrate distance. This trend could be attributed to change in the kinetic energy of deposited nanoparticles with varying argon pressure, laser-energy, and target-to-substrate distance. The nanoparticles size and size distribution showed strong dependence on argon pressure and weak dependence on laser-energy density and target-to-substrate distance.     

Effects of oxygen pressures on pulsed laser deposition of ZnO films

Zinc oxide (ZnO) thin films on Si (1 1 1) substrates were deposited by pulsed laser ablation of ZnO target at different oxygen pressures. A pulsed Nd:YAG laser with wavelength of 1064 nm was used as laser source. The deposited thin films have been characterized by X-ray diffraction (XRD), Atomic force microscopy (AFM), and Raman spectroscopy. XRD measurements indicate that the ZnO thin films deposited at the oxygen pressure of 1.3 Pa have the best crystalline quality. AFM results show that the surface roughness of ZnO film increases with the increase of oxygen pressure. The Raman results indicate that oxygen ambient plays an important role in removing defects due to excess zinc.