抗辐照纳米多层膜研究进展

大量研究表明,晶界和界面可以作为吸收缺陷(如空位、间隙原子) 的“陷阱”,因此含有大量晶界、界面的纳米晶、金属和氮化物纳米多层膜,具备良好的自愈合抗辐照能力,从而成为近年来的研究热点。综述了抗辐照纳米多层膜的研究进展,内容包括:材料的设计与制备,各种辐照模拟手段(如中子辐照、离子辐照和多束离子辐照)。重点介绍了离子束辐照模拟反应堆辐照,多层膜在离子束辐照下的行为(如微观结构和机械性能的演变) 及纳米多层膜抗辐照机理。通过对CrN/AlTiN 多层膜的离子辐照,验证了纳米多层膜中界面对缺陷的吸收作用。对纳米多层膜未来研究方向做了展望。Numerous studies show that interface can serve as effective sinks for radiation-induced defects such as interstitials and vacancies. Owning a large number of interfaces, multilayer nanofilms attract a great research interest. In this paper, we review recent research progress on the development of the multilayer nanofilms for the purpose of radiation tolerance. The paper includes following parts: how to design and prepare multilayer nanofilms materials; evaluation with radiation simulation, such as neutron irradiation, ion irradiation and multi-beam ion irradiation; behaviors of multilayer nanofilms under ion beam irradiation, such as microstructure evolution and changes in mechanical properties; theoretical study on the mechanism of radiation tolerance of multilayer nanofilms. Finally, the challenge and future research directions are briefly discussed.     

TiN/SiC纳米多层膜的生长结构与力学性能

研究了TiN/SiC纳米多层膜中立方SiC（B1cubic SiC）的形成及其对TiN/SiC多层膜力学性能的影响.结果表明：在TiN/SiC多层膜中，非晶态的SiC层在厚度小于0.6nm时形成立方结构并与TiN形成共格外延生长的超晶格柱状晶，使多层膜产生硬度和弹性模量显著升高的超硬效应，最高硬度超过60GPa.SiC随着层厚的增加转变为非晶相，从而阻止了多层膜的共格外延生长，使薄膜呈现TiN纳米晶和SiC非晶组成的层状结构特征，同时多层膜的硬度和弹性模量下降.TiN/SiC纳米多层膜产生的超硬效应与立方 关键词： 立方碳化硅 TiN/SiC纳米多层膜 外延生长 超硬效应     

AlN/NbN纳米结构多层膜的共格异结构外延生长研究

采用射频磁控溅射法制备了NbN,AlN单层膜及不同调制周期的AlN/NbN纳米结构多层膜,采用X射线衍射仪、小角度X射线反射仪和高分辨透射电子显微镜等对薄膜进行了表征.结果表明：单层膜AlN为六方结构,NbN为面心立方结构;AlN/NbN多层膜中AlN为六方结构,NbN为面心立方结构,界面处呈共格状态,其共格关系为c-NbN（111）面平行于h-AlN（0002）面,晶格错配度为013%.热力学计算表明:AlN/NbN多层膜中不论AlN层与NbN层的厚度如何,AlN层均不会形成亚稳的立方AlN,而是形成 关键词： AlN/NbN纳米结构多层膜 共格外延生长 异结构     

纳米磁性多层膜研究进展

纳米磁性多层膜具有许多体材料所没有的特殊性质．它的出现为理论工作者研究物质的磁学性质提供了崭新的途径，更重要的是它将作为一种有巨大潜力的信息存贮介质而走上磁记录和磁光记录的舞台，并具有广阔的应用前景．该文是对纳米磁性多层膜出现近十年来各主要研究领域工作的一简要综述．     

TiN/TiB2异结构纳米多层膜的共格生长与力学性能

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同TiB2调制层厚度的TiN/TiB2纳米多层膜.利用x射线衍射仪、高分辨电子显微镜和微力学探针研究了TiB2层厚变化对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明,在fcc-TiN层(111)生长面的模板作用下,原为非晶态的TiB2层在厚度小于2.9nm时形成hcp晶体态,并与fcc-TiN形成共格外延生长;其界面共格关系为{111}TiN∥{0001}TiB2,〈110〉TiN∥〈1120〉TiB.由于共格界面存在晶格失配度,多层膜中形成拉、压交变的应力场,导致多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应,最高硬度和弹性模量分别达到46.9GPa和465GPa.继续增加TiB2层的厚度,TiB2形成非晶态并破坏了与TiN层的共格外延生长,多层膜形成非晶TiN层和非晶TiB2层交替的调制结构,其硬度和弹性模量相应降低.     

AIN/Si3N4 纳米多层膜的外延生长与力学性能

采用射频磁控溅射方法制备单层AlN,Si3N4薄膜和不同调制周期的AlN/S3N4纳米多层膜.采用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和纳米压痕仪对薄膜进行表征.结果发现,多层膜中Si3N4层的晶体结构和多层膜的硬度依赖于Si3N4层的厚度.当AlN层厚度为4.0 nm、Si3N4层厚度为0.4nm时,AlN和Si3N4层共格外延生长,多层膜形成穿过若干个调制周期的柱状晶结构,产生硬度升高的超硬效应.随着Si3N4层厚的增加,Si3N4层逐步形成非晶并阻断了多层膜的共格外延生长,多层膜的硬度迅速降低,超硬效应消失.采用材料热力学和弹性力学计算了Si3N4层由晶态向非晶转变的临界厚度.探讨了AlN/Si3N4纳米多层膜出现超硬效应的机理.     

TaN/TiN和NbN/TiN纳米结构多层膜超硬效应及超硬机理研究

采用射频磁控溅射方法制备单层TaN,NbN和TiN薄膜和不同调制周期的TaN/TiN和NbN/TiN纳米多层膜.薄膜采用X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜和显微硬度仪进行表征.结果表明TaN/TiN和NbN/TiN纳米多层膜在一定的调制周期范围内均呈共格界面,相应地均出现了超硬效应,且最大硬度值接近.分析了TaN/TiN与NbN/TiN纳米多层膜的超硬机理,TaN/TiN的晶格错配度与NbN/TiN的接近,但TaN/TiN的弹性模量差与NbN/TiN的有一定的差别,表明由于晶格错配使共格外延生长在界面处 关键词： TaN/TiN纳米多层膜 NbN/TiN纳米多层膜 外延生长 超硬效应     

极紫外多层膜制备工艺研究

介绍了用平面磁控溅射方法制备极紫外多层膜的研究工作。围绕极紫外多层膜技术 ,重点探讨了多层膜膜厚定标和工艺过程对多层膜结构和内部成分的影响。为深入研究多层膜制备工艺指明了方向。     

TiN/TiB2异结构纳米多层膜的共格生长与力学性能

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同TiB₂调制层厚度的TiN/TiB_{2纳米多层膜.利用x射线衍射仪、高分辨电子显微镜和微力学探针研究了TiB2层厚变化对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明，在fcc-TiN层(111)生长面的模板 作用下，原为非晶态的TiB2层在厚度小于2.9nm时形成hcp晶体态，并与fcc-TiN 形成共格外延生长；其界面共格关系为{111}TiN//{0001}TiB2，〈110〉TiN//〈1120〉TiB2.由于共格界面存在晶格失配 度，多层膜中形成拉、压交变的应力场，导致多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应， 最高硬度和弹性模量分别达到46.9GPa和465GPa.继续增加TiB2层的厚度，TiB2形成非晶态并破坏了与TiN层的共格外延生长，多层膜形成非晶TiN层和非晶TiB< sub>2层交替的调制结构，其硬度和弹性模量相应降低. 关键词： 2}纳米多层膜')" href="#">TiN/TiB₂纳米多层膜 共格生长 晶体化 力学性能     

反应磁控溅射ZrN/AlON纳米多层膜的晶体生长和超硬效应

采用Zr靶和Al₂O₃靶通过在Ar，N₂混合气氛中进行反应磁控溅射的方法制备了不同AlON调制层厚和不同ZrN调制层厚的两个系列的ZrN/AlON纳米多层膜.利用X射线能量色散谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针研究了多层膜的成分、微结构和力学性能.结果表明，在Ar，N₂混合气氛中对Al₂O₃进行溅射的过程中，N原子会部分取代Al₂O₃中的氧原子，形成AlON化合物.在ZrN/AlON纳米多层膜中，由于受到ZrN晶体调制层的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的AlON层在其厚度小于0.9nm时被强制晶化并与ZrN层形成共格外延生长；相应地，多层膜的硬度明显提高，最高硬度达到33.0GPa.进一步增加多层膜中AlON调制层的厚度，AlON层形成非晶结构，破坏了多层膜的共格外延生长，导致其硬度逐步降低. 关键词： ZrN/AlON纳米多层膜 外延生长 非晶晶化 力学性能     

BIT/PLZT/BIT多层铁电薄膜结构设计及制备的实验研究

为了有效阻止锆钛酸铅镧(PLZT)与半导体界面发生反应和互扩散,根据锆钛酸铅镧和钛酸铋(B IT)各自的铁电性能,提出了一种新的设计思想———多层铁电薄膜.采用脉冲准分子激光淀积(PLD)方法制备了B IT/PLZT/B IT多层铁电薄膜.采用Sawyer-Tower电路测量,其剩余极化强度Pr=34μC/cm2,矫顽场Ec=40 kV/cm.这种结构吸收了锆钛酸铅镧和钛酸铋的优点,提高了铁电薄膜的铁电性能.     

脉冲激光气相沉积法制备钴纳米薄膜实验研究

 采用脉冲激光沉积技术制备了钴纳米薄膜，分析和讨论了不同背景气压和脉冲频率对钴纳米薄膜表面形貌的影响及纳米微粒的形成机理。实验结果表明：在低背景气压下，等离子体羽辉自身粒子之间的碰撞占主导作用，容易形成液滴；在较高背景气压下，等离子体羽辉边缘粒子和背景气体粒子之间的碰撞占主导作用，容易形成小岛并凝聚成微颗粒；在4Hz的脉冲重复频率和5Pa背景气压下生长出单分散性良好的钴纳米颗粒。     

掩膜板凸出环隔离压缩式纳米压印施压气体的研究

在半导体微纳加工技术中, 纳米压印由于具备低成本、高产出、超高分辨率等诸多优势而备受研究者和半导体厂商的青睐, 有望成为下一代光刻技术的重要备选支撑技术之一. 然而在其施压流程中, 由于气体诱捕或陷入所造成的气泡缺陷问题直接关系到图案复制的成功率和完整性, 因此避免气泡缺陷, 阻止气泡进入模穴是亟待解决的关键问题. 提出一种适用于在气体环境中进行气压压缩式纳米压印工艺并避免气体进入掩膜板基板间隙的方法. 采用带有刻蚀一定宽度凸出环的掩膜板, 凸出环与基板形成环板毛细缝隙, 图形转移介质流体在其中形成毛细液桥, 使掩膜板-介质-基板形成独立的封闭腔, 转移介质黏附力所产生的静摩擦力及介质流体表面张力所诱导的毛细力抵抗施压气体, 有效地阻止气体进入空穴形成气泡缺陷.通过理论解析推导求出针对具有不同表面特性转移介质流体的凸出环有效宽度, 为掩膜板制备提供理论依据. 关键词： 纳米压印 凸出环 毛细液桥 静摩擦力     

Effect of twin boundary on nanoimprint process of bicrystal Al thin film studied by molecular dynamics simulation

The effects of a twin boundary(TB) on the mechanical properties of two types of bicrystal Al thin films during the nanoimprint process are investigated by using molecular dynamics simulations.The results indicate that for the TB direction parallel to the imprinting direction,the yield stress reaches the maximum for the initial dislocation nucleation when the mould directly imprints to the TB,and the yield stress first decreases with the increase of the marker interval and then increases.However,for the TB direction perpendicular to the imprinting direction,the effect of the TB location to the imprinting forces is very small,and the yield stress is greater than that with the TB direction parallel to the imprinting direction.The results also demonstrate that the direction of the slip dislocations and the deformation of the thin film caused by spring-back are different due to various positions and directions of the TB.     

脉冲激光气相沉积法制备钴纳米薄膜实验研究

采用脉冲激光沉积技术制备了钴纳米薄膜,分析和讨论了不同背景气压和脉冲频率对钴纳米薄膜表面形貌的影响及纳米微粒的形成机理。实验结果表明：在低背景气压下,等离子体羽辉自身粒子之间的碰撞占主导作用,容易形成液滴;在较高背景气压下,等离子体羽辉边缘粒子和背景气体粒子之间的碰撞占主导作用,容易形成小岛并凝聚成微颗粒;在4Hz的脉冲重复频率和5Pa背景气压下生长出单分散性良好的钴纳米颗粒。     

TiO2/CdSe多层膜结构的制备及光电化学性能研究

采用电化学方法在导电的ITO/TiO₂ 薄膜上沉积了棕红色CdSe薄膜, 并制得TiO₂/CdSe多层膜体系,研究了多层膜的微结构和光电化学性能. 实验表明, CdSe薄膜沿着(111)方向择优生长, 多层膜结构的厚度和紫外-可见光吸收强度随着沉积层数的增加而增加. 通过测定多层膜电极的光电化学性能表明, 二层膜体系的开路电压和短路电流密度最大,光电化学性能最好.     

多层介质膜偏振无关光栅的研制

介绍了一种应用于光纤激光光谱合束的高衍射效率多层介质膜偏振无关光栅的设计及制作,给出了设计参数、制作流程和最终制作的偏振无关光栅的测量结果,在1.044~1.084 m波长范围内,实验测得的TE偏振光、TM偏振光的平均衍射效率分别为89.7%,93.8%。     

Fabrication of multilayer metamaterials by femtosecond laser‐induced forward‐transfer technique

A novel method based on femtosecond laser‐induced forward transfer for high‐throughput and efficient fabrication of periodic multilayer plasmonic metamaterials is demonstrated. With precisely controlling laser raster path applied on sputtered multilayer thin films, the laser‐ablated materials can be transferred to another substrate leaving the fabricated multilayer structure on the original substrate. Subsequently, three‐dimensional metamaterials can be made by multilayer structuring. Moreover, all the experimental results show that to create such multilayer split resonant rings (SRRs) with uniform profile, the laser fluence should be fine controlled under proper conditions. The optical property of fabricated multilayer SRR array is investigated by optical measurements and finite‐difference time‐domain simulations, showing various resonant modes in the middle‐IR region. The calculated induced current distributions exhibit rich resonance properties of the structures as well. This work markedly extends the laser direct writing technique to a wide application in fabricating complicated metamaterials and plasmonic devices efficiently.     

Fabrication of ZnO nanoparticles-embedded hydrogenated diamond-like carbon films by electrochemical deposition technique

ZnO nanoparticles-embedded hydrogenated diamond-like carbon (ZnO-DLC) films have been prepared by electrochemical deposition in ambient conditions. The morphology, composition, and microstructure of the films have been investigated. The results show that the resultant films are hydrogenated diamond-like carbon films embedded with ZnO nanoparticles in wurtzite structure, and the content and size of the ZnO nanoparticles increase with increasing deposition voltage, which are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman, and transmission electron microscope (TEM). Furthermore, a possible mechanism used to describe the growth process of ZnO-DLC films by electrochemical deposition is also discussed.     

振动辅助纳米压印制备大面积光栅结构北大核心CSCD

为了解决纳米压印过程中填充率低下,压印图案易发生形变等问题,提出了一种新型振动辅助纳米压印方法。在压印过程中对压印胶施加横向的振动,增大了压印力,从而提高了填充率。运用时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD),在波长300 nm~1000 nm范围内,数值模拟了不同光栅结构,得到了光栅结构参数变化对其吸收率的影响规律。在振动辅助装置上进行振动辅助纳米压印实验,实验结果表明:与传统纳米压印技术相比,压印胶的填充率提高了30%,并改善了压印后微结构的表面形貌,减少了缺陷。