反应磁控溅射法制备HfO2金刚石红外增透膜

采用纯铪(Hf)金属靶,在氧+氩反应气氛中进行了HfO2薄膜直流反应磁控溅射沉积.首先在单晶硅片上沉积薄膜,研究工艺参数改变对薄膜的影响,然后选择较优的工艺在金刚石表面沉积符合光学厚度的薄膜,达到增透减反射效果.利用X射线光电子能谱(XPS)研究了O2/Ar比例对薄膜组成的影响.利用X射线衍射仪(GIXRD)和椭偏仪(Ellipsometer)研究了不同衬底温度对氧化铪薄膜组织结构和光学性能的影响.采用傅立叶红外光谱仪(FTIR)检测了镀膜前后金刚石红外透过性能,发现双面镀制HfO2薄膜能够有效提高金刚石在8～12 μm的红外透过性能,在8 μm处最大增透可达21.6;,使金刚石红外透过率达到88;;在3～5 μm范围,双面镀制了HfO2薄膜的金刚石平均透过率达66.8;,比没有镀膜的金刚石在该处的平均透过率54;高出12.8;.     

双靶反应磁控溅射共沉积AlN薄膜粘结性能研究

采用单、双靶反应磁控溅射法分别在45钢、GCr15钢、硅(100)和钼衬底上制备了AlN薄膜.X射线衍射和电子显微分析表明,双靶反应磁控溅射沉积的AlN薄膜具有高致密度和低残余应力,同时采用划痕法和压痕法等对AlN薄膜的粘结强度进行测试, 结果表明:双靶反应磁控溅射共沉积AlN薄膜的粘结强度明显比单靶沉积的薄膜高,划痕临界载荷提高0.5～2倍.不同衬底上沉积的AlN薄膜粘结强度存在很大的差别,以钼衬底上沉积的薄膜粘结强度最高,划痕法测得的临界载荷高达64 N;GCr15衬底上AlN薄膜摩擦试验表明,AlN薄膜能明显起到减磨作用.     

射频磁控溅射生长ZnO薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底生长ZnO及ZnO∶ Al薄膜,通过改变氩氧比、衬底温度和溅射功率获得样品.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜进行表征.结果发现:室温下40W的溅射功率1h的溅射时间,改变氩氧比获得样品.XRD图谱中无明显衍射峰出现;紫外可见光分光光度计测试结果显示400nm波长以下,透光率在90;以上.说明薄膜生长呈无定形.衬底温度高于200℃样品,XRD有明显(002)衍射峰出现,在400～ 800 nm波长范围,透光率在88;以上,衬底温度300℃时,XRD衍射峰半高宽最小,晶粒尺寸大.TEM显示:衬底300℃晶粒尺寸最大,晶体发育好.在200℃掺铝ZnO薄膜,(002)峰不明显,有(101)峰出现.     

原子层沉积与磁控溅射法制备TiO2薄膜性能对比研究

分别采用原子层沉积(ALD)和磁控溅射法(MS)在Si和石英衬底上制备TiO2薄膜,并进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外分光光度计对这两种方法制备薄膜的晶型结构、表面形貌和光学特性进行分析对比.结果显示,对于沉积态TiO2薄膜,ALD-TiO2和MS-TiO2未能检测到TiO2衍射峰.ALD-TiO2为颗粒膜,其表面粗糙,颗粒尺寸大;MS-TiO2薄膜表面平整.经退火后,两种方法制备的TiO2薄膜能检测到锐钛矿A(101)衍射峰,但结晶质量不高.受薄膜表面形貌和晶型结构等因素影响,退火前后ALD-TiO2透过率与MS-TiO2透过率变化不一致.对于沉积态和退火态薄膜的禁带宽度,ALD-TiO2分别为3.8eV和3.7 eV,吸收边带发生红移,MS-TiO2分别为3.74 eV和3.84 eV,吸收边带发生蓝移.     

高硼硅玻璃薄膜的磁控溅射沉积及性能研究

本文采用射频磁控溅射法,以高硼硅玻璃为靶材,在高硼硅玻璃基底上制备高硼硅玻璃薄膜。探讨磁控溅射法与熔融法制得的高硼硅玻璃的性能差异,研究磁控溅射功率对高硼硅玻璃薄膜质量的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、台阶仪、紫外可见(UV-Vis)分光光度计和纳米压痕仪器等对薄膜的物相结构、成分、沉积速率、透光率,以及纳米硬度和杨氏模量进行表征与分析。结果表明:本实验所制备的高硼硅玻璃薄膜为非晶态结构;当工作气压为0.6 Pa时,薄膜的沉积速率随溅射功率上升不断增加;对比不同溅射功率下的透光率,发现高硼硅玻璃薄膜对基体的透光性影响较小,当溅射功率为150 W,可见光透光率损失仅为2%;不同溅射功率下获得薄膜的纳米硬度和杨氏模量随溅射功率先增大后减小,在120 W时达到最大峰值,相较于原玻璃基底分别提升3%和3.5%。     

反应磁控溅射制备AZO薄膜相结构的演化及机理研究

在室温下,利用直流反应磁控溅射技术在不同的氧气流量下沉积ZnO∶ Al (AZO)薄膜.采用XRD、SEM和TEM技术分析薄膜相成分、表面截面形貌及微观结构.结果表明:氧气流量为2.5 sccm时,沉积形成的薄膜为不透明具有金属导电性能的AZO/Zn( AZO)双层复合膜结构;氧气流量为3.5 sccm时,沉积形成了透明导电的AZO薄膜;氧气流量为5.0 sccm时,形成了透明不导电且含有纳米Al2O3颗粒的AZO薄膜;此外,AZO薄膜在400℃退火后,薄膜晶粒长大和(002)晶面方向择优生长更加明显以及高氧气流量沉积的AZO薄膜中的纳米Al2O3颗粒消失.     

直流磁控溅射陶瓷靶制备ITO薄膜及性能研究

以10%质量分数SnO2和90%质量分数In2O3烧结成的ITO氧化物陶瓷为靶材,采用直流磁控反应溅射法在玻璃基片上制备ITO透明导电薄膜,研究了基片温度和氧分压条件对ITO薄膜的物相结构和光电性能的影响。实验结果表明:ITO薄膜的方块电阻随衬底温度的升高而下降,而可见光透过率增大;ITO薄膜可见光透过率和方块电阻随氧分压的增加而增大。     

沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响

应用磁控溅射法在以SrRuO3 (SRO)薄膜为缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si(001)基片上制备了多晶BiFeO3 (BFO)薄膜,构架了SRO/BFO/SRO异质结电容器.采用X射线衍射、铁电测试仪等研究沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响.X射线衍射图谱显示BFO薄膜为多晶结构.在2.5 kHz测试频率下,500℃生长的BFO薄膜呈现比较饱和的电滞回线,2Pr为145μC/cm2,矫顽场Ec为158 kV/cm,漏电流密度约为2.4×104 A/cm2.漏电机制研究表明,在低电场区,SRO/BFO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在高电场区,满足普尔-弗兰克导电机理.实验发现:SRO/BFO/SRO电容器经过109翻转后仍具有良好的抗疲劳特性.     

射频磁控溅射工艺制备二氧化钒薄膜

以V2O5陶瓷烧结靶材及射频磁控溅射工艺制备V2O5薄膜,再经氩气气氛退火处理得到VO2薄膜.采用扫描电子显微镜观察不同制备条件下薄膜表面微观形貌特征,拉曼光谱和X射线光电子能谱用来分析确定退火前后薄膜的物相结构及化合价态.结果表明,溅射4h、450℃退火2h制备的薄膜结晶形态良好,VO2纯度高于94;原子分数.     

直流反应磁控溅射法制备ZnO: Zr透明导电薄膜

以Zn∶ Zr为靶材,利用直流反应磁控溅射法制备了ZnO∶ Zr透明导电薄薄膜.研究了沉积压强对ZnO∶ Zr薄膜形貌、结构、光学及电学性能的影响.实验结果表明所制备的ZnO∶ Zr为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的c轴择优取向.沉积压强对ZnO∶ Zr薄膜的晶化程度、形貌、生长速率和电阻率影响很大,而对其光学性能如透光率、光学带隙及折射率影响不大.当沉积压强为2Pa时,ZnO∶ Zr薄膜的电阻率达到最小值2.0×10-3Ω ·cm,其可见光平均透过率和平均折射率分别为83.2％和1.97.     

直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜的光响应

采用直流反应磁控溅射的方法在镀有ITO的导电玻璃衬底上沉积了二氧化钛薄膜，分别用拉曼光谱和吸收光谱研究了薄膜的结构，通过光电流研究了二氧化钛薄膜的紫外光响应。在100s的时间内光电流能达到最大值的96％，当停止紫外光照射时，光电流在200s的时间内能恢复到暗电流，二氧化钛薄膜对紫外光的灵敏性和稳定的光响应表明二氧化钛薄膜有可能成为一种新的紫外光探测器材料。     

Physical Properties of Zinc Oxide Films Prepared by dc Reactive Magnetron Sputtering at Different Sputtering Pressures

Thin films of zinc oxide were deposited by dc reactive magnetron sputtering onto glass substrates held at a temperature of 663 K and oxygen partial pressure of 1x10^‐3 mbar, and at different sputtering pressures in the range 3x10^‐2 ‐ 10x10^‐2 mbar. The effect of sputtering pressure on the structural, electrical and optical properties of the films were systematically studied. The films were polycrystalline in nature with preferred (002) orientation. The temperature dependence of Hall mobility indicated that the grain boundary scattering of the charge carriers are predominant in these films. The films formed at a sputtering pressure of 6x10^‐2 mbar showed a low electrical resistivity of 6.9x10^‐2 Ohm cm, optical transmittance of 83% with an optical band gap of 3.28 eV.     

射频反应磁控溅射制备ZnO薄膜的微结构及其光学性能

采用射频反应磁控溅射技术在石英和Si衬底上制备了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,样品的氧氩流量比分别为10:40,20:40,30:40,40:40.利用X射线衍射仪、表面轮廓仪、原子力显微镜和紫外-可见分光光度计研究了样品的微结构与光学特性.研究表明:氧氩流量比为30:40的样品结晶质量最好.所制备的ZnO薄膜的可见光平均透射率均大于87;.随着氧氩流量比的增大,薄膜的透射率呈非单调变化,氧氩流量比为30:40的样品在可见光范围的平均透射率可达93;.光学带隙随着氧氩流量比的增大,先增大后减小.与块材ZnO的带隙(3.37 eV)相比,ZnO薄膜的带隙均变窄.     

射频磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的表征和亲水性能

采用射频磁控溅射TiO2陶瓷靶的方法在硅和石英衬底上制备纳米TiO2薄膜,并经950℃退火1h.通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和接触角仪对薄膜相结构、表面形貌、光学性能和亲水性能进行表征.结果表明,与950℃退火1h相比,未退火薄膜是无定形结构并呈现较高的光致亲水性能.退火薄膜是锐钛矿和金红石混合相,其中锐钛矿相质量分数是11.34％.未退火和950℃退火1h的薄膜样品的能隙分别是3.03 eV和3.11 eV.未退火薄膜具有较高的光致亲水性能主要归因于其较低的光学能隙.退火薄膜的热致亲水性能与其相结构、表面清洁度和粗糙度有关.     

反应磁控溅射氧化镍薄膜的自旋塞贝克效应

自旋塞贝克效应是由(亚)铁磁体中的温度梯度引起自旋塞贝克电压信号的现象,目前已成为热自旋电子学研究的热点领域之一。本文采用反应磁控溅射工艺在Si衬底上沉积NiO薄膜,分别研究了溅射功率、氧氩比例、溅射气压、衬底温度对NiO薄膜微观结构和表面形貌的影响,实验中反应磁控溅射最适工艺条件为溅射功率110 W、氧氩比例0.15(O₂ 15 mL/min; Ar 100 mL/min)、溅射气压0.3 Pa、衬底温度400 ℃。研究了Si/NiO/Pt结构中温度梯度(温差)、磁场角度、NiO厚度变化和Pt厚度变化对自旋塞贝克电压的影响。结果表明,自旋塞贝克电压与温差呈简单的线性关系,温差越大测得的自旋塞贝克电压越高;磁场角度与自旋塞贝克电压之间满足余弦函数关系式,即在0°和180°时所得自旋塞贝克电压最大,90°和270°时为零;反铁磁性绝缘层NiO的厚度越大,所测得的自旋塞贝克电压信号越强;顺磁金属层Pt的厚度越大,自旋塞贝克电压信号越弱。