MOCVD生长的InGaN薄膜中InN分凝的研究

利用X射线衍射(XRD)技术测量了MOCVD生长的InGaN薄膜中的InN分凝量.利用Vegard定理和XRD 2θ扫描测得实验的InGaN薄膜的In组分为0.1～0.34.通过测量XRD摇摆曲线的InN(0002)和InGaN(0002)的积分强度之比测得InN在InGaN中的含量为0.0684%～2.6396%.根据XRD理论,计算出InN和InGaN的理论衍射强度.InN含量在所有样品中均小于3%,这表明样品的相分离度比较低.还发现InN在InGaN薄膜中的含量与氮气载气流量和反应室气压明显相关.     

常压MOCVD生长ZnO薄膜及其性质

用常压MOCVD在蓝宝石 (0 0 0 1)面上生长了氧化锌 (ZnO)薄膜。用AFM、室温PL谱、Hall测量、X射线双晶衍射、卢瑟福背散射 /沟道技术等分析方法研究了样品的表面形貌、结构性能、发光性能和电学性能。AFM分析结果显示 ,薄膜呈六角柱状结晶 ,表面平整 ,粗糙度 (RMS)为 6 .2 5 7nm ,平均晶粒直径达 1.895 μm。室温PL测量该样品在 380nm处有很强的近带边发射 ,半峰全宽为 15nm。使用Hall测量检查了薄膜的电学性质。室温下该样品的载流子浓度为 2× 10 17cm-3 ,迁移率为 75cm2 ·V-1·s-1。用X射线双晶衍射和卢瑟福背散射 /沟道效应研究了薄膜的结晶质量 ,样品的双晶衍射ω扫描半峰全宽为 0 .0 4° ,沟道效应的最小产额比χmin为 3.1%。     

MOCVD生长AlGaN薄膜的X光电子能谱

用X光电子能谱和X射线衍射谱方法分析了MOCVD生长的AlGaN薄膜的实际表面形态和晶体结构基于XPS测量结果,通过分析计算,发现实际表面除GaN外存在Ga₂O₃和Al₂O₃及其它与O有关的络合物构成的混合氧化物覆盖层,估计覆盖层厚度约1.2nmXRD结果显示生长的AlGaN薄膜为以GaN(0002)取向为主的多晶结构。     

常压MOCVD生长Ga2O3薄膜及其分析

以去离子水(H₂O)和三甲基镓(TMGa)为源材料,用常压MOCVD方法在蓝宝石(0001)面上生长出β-Ga₂O₃薄膜.用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)以及二次离子质谱(SIMS)实验表征Ga₂O₃外延膜的质量.在X射线衍射谱中有一个强的Ga₂O₃(102)面衍射峰,其半峰全宽(FWHM)为0.25°,表明该Ga₂O₃外延膜是(102)择优取向.在二次离子质谱中除了C、H、O和Ga原子外,没有观测到其他原子.     

InN分凝的InGaN薄膜的光致发光与吸收谱

我们用低压MOCVD在蓝宝石衬底生长了InGaN/GaN外延层.用X射线衍射(XRD),光致发光谱(PL),光吸收谱等测量手段,研究了InGaN的辐射发光机制.In组分利用Vegard定理和XRD测量得到.我们发现随着In组分的增加,在光吸收谱上发现吸收边的红移和较宽的Urbach带尾;PL谱中低能端的发射渐渐成为主导,并且在PL激发谱中InGaN峰也变宽.我们认为压电效应改变了InGaN的能带结构,从而影响了光学吸收特性.而在InN量子点中的辐射复合则是InGaN层发光的起源.     

常压MOCVD生长ZnO/GaN/Al2O3薄膜及其性能

以去离子水（H2O）和二乙基锌（DEZn）为源材料,生长温度是680℃时,利用常压MOCVD在GaN／Al2O3模板上成功生长了ZnO单晶薄膜,用原子力显微镜（AFM）、X射线双晶衍射（DCXRD）、光致发光谱（PL）对ZnO薄膜的表面形貌、结晶学性质、光学性质作了综合研究。双晶衍射表明,ZnO非对称（1012）面ω扫描的半峰全宽（FWHM）仅为420arcsec,估算所生长ZnO膜的位错密度大约为10^3／cm^2量级,这与具有器件质量的GaN材料的位错密度相当。在ZnO薄膜的低温15K光荧光谱中,观察到很强的自由激子和束缚激子发射以及自由激子与束缚激子的多级声子伴线。     

InN薄膜的氧化特性研究

研究了InN薄膜在不同氧气氛中的氧化特性. 研究表明，在400 ℃以下，InN薄膜很难被氧化，而金属In很容易被氧化. 因此富In的InN薄膜的氧化在400 ℃以下主要是金属In的氧化，在400 ℃以上为金属In和InN的同时被氧化. 在400 ℃以上的氧化过程中，InN的表观氧化速率非常慢，这可能和InN的高温分解有关. InN的湿氧和干氧氧化结果说明湿氧氧化速率比干氧快. 关键词： InN 氧化铟 氧化 X射线衍射     

高脉冲功率能量PLD法制备MgZnO薄膜中的沉积机理

用PLD法成功制备了一系列高质量的MgZnO薄膜。实验中发现高脉冲能量沉积薄膜的结构和发光特性随基片温度的变化规律与低脉冲能量下的结果不一样:基片在室温时高脉冲能量制备薄膜的XRD峰的半峰全宽比高基片温度时的结果相对更小;AFM显示其颗粒变大,柱状生长突出;PL谱紫峰与绿峰强度比最大,结晶质量反而提高。另一方面,与低脉冲能量时相反,增大氧气压强后高脉冲能量沉积的薄膜XRD半峰全宽变窄。结合实验现象和表征,合理解释了高脉冲能量沉积的机理。室温制备高质量MgZnO薄膜的PLD沉积机理对于以后在柔性衬底上沉积薄膜的研究有重要的参考价值。     

氮掺杂氧化锌薄膜的光电特性

采用气体反应电子束蒸发法,氨气氛下在玻璃上沉积了氮掺杂氧化锌(ZnO)薄膜。AFM观察发现氨气氛下生长的氮掺杂氧化锌薄膜表面比未掺杂样品的粗糙度略高,且随氨气压的增加粗糙度也随之增加,这可能与氨气氛对ZnO生长表面的轻微腐蚀作用有关,但表面依然比较平整。XRD分析显示,(0002)衍射峰位没有发生移动,但是氮掺杂后衍射峰的线宽比未掺杂样品稍有增加,衍射峰的半峰全宽由非掺杂ZnO的0.261°增加到0.427°。氧化锌掺氮后电阻率提高了4~7个数量级,达到了降低ZnO中电子浓度的目的。     

富锌条件下生长氮掺杂氧化锌薄膜的光学和电学性质

报道了采用等离子体辅助分子束外延方法(P-MBE),利用NO作为N源和O源,在c-面蓝宝石(c-Al₂O₃)衬底上外延生长了N掺杂ZnO薄膜。X射线衍射谱(XRD)和吸收谱中都出现了不同于未掺杂样品的特性,X射线光电子谱(XPS)中也发现了N的受主信号。但是在霍尔效应(Hall-effect)测量中,发现该样品并没有出现预期的p型导电特性,而是出现载流子浓度很高(2.15×10²⁰cm^-3)的n型导电特性。结合XPS结果和理论分析,认为在富Zn条件下生长会导致过量的填隙Zn原子,补偿了全部的受主后,又促使其出现了从半导体-金属的Mott转变。     

MOCVD生长的GaN单晶膜透射光谱研究

采用MOCVD技术在Al2O3(0001)衬底上生长了GaN薄膜，使用透射光谱、光致发光光谱和X射线双晶衍射三种技术测试了五类GaN薄膜样品，实验结果表明：GaN薄膜透射谱反映出的GaN质量与X射线双晶衍射测量的结果一致，即透射率越大，半高宽越小，结晶质量越好；而X射线双晶衍射峰半高宽最小的样品，其PL谱的带边峰却很弱，这说明PL谱反映样品的光学性能与X射线双晶衍射获得的结晶质量不存在简单的对应关系，同时还报导了一种特殊工艺生长的高阻GaN样品的RBS／沟道结果。     

金属有机化学汽相沉积生长InGaN薄膜的研究

以Al2O3为衬底,采用金属有机汽相沉积（MOCVD）技术在GaN膜上生长了InxGa1-xN薄膜。以卢瑟福背散射／沟道技术和光致发光技术对InxGa1-xN／GaN/Al2O3样品进行了分析,研究表明,金属有机汽相沉积生长高In组分InxGa1-xN薄膜有一最佳TMIn/TEGa摩尔流量比。在一定范围内,降低其摩尔流量比,合金的生长速率增高,In组分提高;进一步降低TMIn/TEGa摩尔流量比,导致In组分下降,研究还表明,InGan薄膜的结晶品质随In组分的增大而下降,InGan薄膜的In组分由0．04增大到0．10,其最低沟道产额比由4．1％增至11．0％。     

过渡金属表面γ-氨丙基三甲氧基硅烷膜的研究

本文对在过渡金属铁、镍电极表面制备得到的γ-氨丙基三甲氧基硅烷(γ-APS)膜进行了研究。实验中对硅烷膜用X-射线光电子能谱(XPS)、现场表面增强拉曼散射光谱(SERS)和原子力显微镜(AFM)进行了表征。X-射线光电子能谱(XPS)的结果发现存在两个N1s峰,表明γ-APS膜中的氨基有两种存在方式:自由氨基和质子化氨基。实验中还发现现场表面增强拉曼散射光谱(SERS)是研究金属/γ-APS体系中界面层结构非常有效的手段,SERS结果表明硅醇羟基和氨基发生了竞争吸附,且γ-APS分子在外加电位等条件的影响下吸附状态会发生一定变化。原子力显微镜(AFM)的表征结果在微观上显示电极表面的γ-APS膜上形成了一种较规则的微孔结构,这种结构可能与基底的性质有关。     

高气压MPCVD沉积金刚石的光谱研究

采用微波等离子体化学气相沉积方法(microwave plasma chemical vapor deposition, MPCVD)在高沉积气压(34.5 kPa)下制备多晶金刚石,利用发射光谱(optical emission spectroscopy, OES)在线诊断了CH₄/H₂/O₂等离子体内基团的谱线强度及其空间分布,并利用拉曼(Raman)光谱评价了不同O₂体积分数下沉积出的金刚石膜质量,研究了金刚石膜质量的均匀性分布问题。结果表明：随着O₂体积分数的增加,C₂, CH及H_α基团的谱线强度均呈下降的趋势,而C₂,CH与H_α谱线强度比值也随之下降,表明增加O₂体积分数不仅导致等离子体中碳源基团的绝对浓度下降,而且碳源基团相对于氢原子的相对浓度也降低,使得金刚石的沉积速率下降而沉积质量提高。此外,具有刻蚀作用的OH基团的谱线强度却随着O₂体积分数的增加而上升,这也有利于降低金刚石膜中非晶碳的含量。光谱空间诊断发现高沉积气压下等离子体内基团分布不均匀,特别是中心区域C₂基团聚集造成该区域内非晶碳含量增加,最终导致金刚石膜质量分布的不均匀。     

Modifications induced in the polycarbonate Makrofol KG polymer by Li (50 MeV) ion irradiation

Swift heavy ions interact predominantly through inelastic scattering while traversing any polymer medium and produce excited/ionized atoms. Here samples of the polycarbonate Makrofol of approximate thickness 20 μm, spin coated on GaAs substrate were irradiated with 50 MeV Li ion (+3 charge state). Build-in modifications due to irradiation were studied using FTIR and XRD characterizations. Considerable changes have been observed in the polymer while varying the fluence from 1E11 ion/cm² to 1E13 ion/cm² Li ions. AFM images of the surface modifications caused by ion irradiation on the polymer are also presented.      

Polar Dependence of Threading Dislocation Density in GaN Films Grown by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition

We investigate the threading dislocation(TD) density in N-polar and Ga-polar GaN films grown on sapphire substrates by metal-organic chemical vapor deposition.X-ray diffraction results reveal that the proportion of screw type TDs in N-polar GaN is much larger and the proportion of edge type TDs is much smaller than that in Ga-polar.Transmission electron microscope results show that the interface between the AlN nucleation layer and the GaN layer in N-polar films is smoother than that in Ga-polar films,which suggests different growth modes of GaN.This observation explains the encountered difference in screw and edge TD density.A model is proposed to explain this phenomenon.     

化学气相沉积法在蓝宝石衬底上可控生长大面积高质量单层二硫化钨

在常压条件下使用CVD法生长单层WS_2,通过改变实验条件实现控制晶粒大小或生长成薄膜的目的。采用光学显微镜、拉曼、光致发光谱等对制备的样品进行表征,得到了结晶质量高、尺寸达120μm的单层WS_2晶粒。同时讨论了几个重要参数如温度、生长时间以及钨源用量等对生长单层WS_2的影响。结果表明:温度对CVD生长WS_2影响最大,高温有助于生长高结晶质量的WS_2。调节生长时间可以控制WS_2晶粒的大小,较长时间能生长出连续的薄膜。过量的S蒸汽会抑制WS_2生长,影响结晶质量。     

Surface enhanced Raman spectroscopy of aromatic compounds on silver nanoclusters

Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) has been used to characterize multilayers of three different aromatic compounds in the proximity of silver nanoclusters. SERS of mercapto benzoic acid (MBA), which adsorbs onto the silver nanoclusters through the sulfur moiety, exhibits frequency shifts in comparison to the Raman spectrum of crystalline MBA. Conversely, benzoic acid and benzophenone that adsorb through the oxygen species lack these frequency shifts, and show only a typical SERS enhancement. We employed X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), to probe the nature of the binding between the silver and the three different aromatic compounds. Thereafter, we assigned the major Raman peaks of all three molecules to specific molecular vibrations. Overall, this enables us to determine the origin of the observed shifts in the SERS spectrum of MBA and similar molecules.     

Mechanical properties and platelet adhesion behavior of diamond-like carbon films synthesized by pulsed vacuum arc plasma deposition

Diamond-like carbon (DLC) is an attractive biomedical material due to its high inertness and excellent mechanical properties. In this study, DLC films were fabricated on Ti6Al4V and Si(1 0 0) substrates at room temperature by pulsed vacuum arc plasma deposition. By changing the argon flow from 0 to 13 sccm during deposition, the effects of argon flow on the characteristics of the DLC films were systematically examined to correlate to the blood compatibility. The microstructure and mechanical properties of the films were investigated using Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) surface analysis, a nano-indenter and pin-on-disk tribometer. The blood compatibility of the films was evaluated using in vitro platelet adhesion investigation, and the quantity and morphology of the adherent platelets was investigated employing optical microscopy and scanning electron microscopy.The Raman spectroscopy results showed a decreasing sp³ fraction (an increasing trend in I_D/I_G ratio) with increasing argon flow from 0 to 13 sccm. The sp³:sp² ratio of the films was evaluated from the deconvoluted XPS spectra. We found that the sp³ fraction decreased as the argon flow was increased from 0 to 13 sccm, which is consistent with the results of the Raman spectra. The mechanical properties results confirmed the decreasing sp³ content with increasing argon flow. The Raman D-band to G-band intensity ratio increased and the platelet adhesion behavior became better with higher flow. This implies that the blood compatibility of the DLC films is influenced by the sp³:sp² ratio. DLC films deposited on titanium alloys have high wear resistance, low friction and good adhesion.