离子束溅射制备Si/Ge多层膜及红外吸收性能研究

采用离子束溅射方法在Si衬底上制备Si/Ge多层膜.通过改变生长温度、溅射速率等因素得到一系列Si/Ge多层膜样品.通过X射线衍射、拉曼散射、原子力显微分析(AFM)等表征方法研究薄膜结构与生长条件的关系.在小束流(10mA)、室温条件下制备出界面清晰、周期完整的Si/Ge多层膜.通过红外吸收谱的测量发现薄膜样品具有较好的红外吸收性能.     

沉积温度和生长停顿对离子束溅射生长Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术生长了一系列Ge/Si多层膜,研究了沉积温度和生长停顿对Ge/Si多层膜结晶性和界面结构的影响.通过对Raman峰峰位、峰强度比值和X射线小角衍射等方面的研究,发现综合控制沉积温度和生长停顿能够得到结晶性和界面都相对理想的多层膜.这为改善Ge/Si多层膜的离子束溅射生长提供了一种有效的方法.     

非晶Cr/Ge多层膜的磁性和电性能研究

采用射频磁控溅射的方法制备了非晶[Crx/Ge10-x]20(x=0.1,0.3,0.5,0.8,1.1,1.6,2.7)多层膜.随着Cr层厚度增加,Ge层厚度减小,室温下薄膜磁性由抗磁性转变为铁磁性,同时样品出现了反常霍尔效应.扣除Ge层的抗磁性,制备态的[Cr2.7/Ge7.3]20的饱和磁化强度Ms可达33 emu/cm3.提出了磁性起源于Cr原子层间耦合的模型,薄膜的低温电阻导电机理属于自旋依赖电子变程跃迁机制.     

热丝CVD法在单晶硅衬底上低温外延生长Si和Ge薄膜的研究

采用热丝CVD法在单晶Si衬底上进行了Si和Ge 薄膜的低温外延生长,用XRD和Raman谱对其结构性能进行了分析.结果表明:在衬底温度200 ℃时,Si(111)单晶衬底上外延生长出了Raman峰位置为521.0 cm-1;X射线半峰宽(FWHM)为5.04 cm-1.结晶质量非常接近于体单晶的(111)取向的本征Si薄膜;在衬底温度为300 ℃时,在Si(100)单晶衬底上异质外延,得到了Raman峰位置为300.3 cm-1的Ge薄膜,Ge薄膜的晶体取向为Ge(220).研究表明热丝CVD是一种很好的低温外延薄膜的方法.     

缓冲层厚度对Ge/Si多层膜的影响

采用离子束溅射技术,通过改变Si缓冲层厚度,在p型Si衬底生长了一系列的Ge/Si多层膜样品.利用Raman光谱、X射线小角衍射以及原子力显微镜等分析测试技术,研究了多层薄膜的结晶、膜层结构、表面形貌等性质.结果表明:通过引入缓冲层,在一定程度上可以提高颗粒的结晶性;随着缓冲层逐渐沉积,来自界面态的影响有了明显的减弱,且多层膜结构的生长得到有效改善.红外吸收光谱实验表明多层膜的吸收特性与其周期结构密切相关,因此可以通过改变缓冲层厚度的方法,实现对多层薄膜红外吸收特性的调制.     

两步法溅射中缓冲层厚度对Ge薄膜质量的影响

采用低温缓冲层技术制备Ge薄膜,利用AFM和Raman光谱研究缓冲层厚度对低温Ge缓冲层残余应变弛豫的影响.实验结果显示:随着缓冲层厚度的增加,残余应变弛豫度增大.在30 nm厚的低温Ge缓冲层上生长800nm厚的Ge外延层.Ge薄膜具有良好的结晶性,表面粗糙度RMS为2.06 nm.     

偏压对Ge/Si单量子点电流分布的影响

采用扫描探针显微镜(SPM),对离子束溅射自组装生长的Ge/Si量子点的电学性能进行分析.实验结果表明,施加正向偏压于圆顶形量子点上时,由于表面氧化物的生成,扫描区域的电流信号是不可恢复的.施加负向偏压时,单量子点区域的电流分布特征保持环状,且电流剖面图呈双峰结构,随着负向偏压的增大,各个电流峰顶部形状由尖锐变为截平,呈现出饱和的趋势.通过对电流值大小分布的统计,证实了Ge/Si量子点的电流传导主导机制为热电子发射.     

Fe/Si多层膜亚层厚度比对β-FeSi2薄膜结构和表面形貌的影响

采用射频磁控溅射方法,在Si(111)和石英衬底上制备了Fe/Si亚层厚度比不同的多层膜.多层膜的总厚度为252 nm,Fe/Si亚层厚度比分别为1 nm/3.2 nm、2 nm/6.4 nm和20 nm/64 nm.在850 ℃, Ar气气氛中退火2 h后,Si衬底上的多层膜完全生成了β-FeSi2相.但石英衬底上同样Fe/Si亚层厚度比的多层膜除了生成β-FeSi2相,还生成了少量的ε-FeSi相.通过增加Si亚层的厚度至Fe/Si亚层厚度比为2 nm/7.0 nm,在石英衬底上也获得了单相的β-FeSi2薄膜, 其光学带隙为0.87 eV,表面均方根粗糙度为2.34 nm.     

溅射功率和溅射时间对Mg2Si纳米晶薄膜结构和电阻率的影响

采用射频磁控溅射在蓝宝石衬底上制备了Mg₂Si纳米晶薄膜,研究了Mg₂Si烧结靶溅射功率(90~140 W)及溅射时间(10~60 min)对Mg₂Si薄膜的结构和电阻率的影响。结果表明:随着溅射功率增加,样品的XRD衍射峰逐渐增强;但当功率超过100 W时,样品中出现了偏析出来的单质Mg。随着溅射时间增加,样品的XRD强度先增强后减弱,溅射时间为40 min时,样品的XRD衍射峰最强;继续增加溅射时间,样品中出现微弱的MgO衍射峰。所有样品均呈现出Mg₂Si晶体的特征拉曼峰,即256 cm^-1附近的F_2g模及347 cm^-1附近的F_1u(LO)模。随着溅射功率增加,样品的电阻率减小;随着溅射时间增加,样品的电阻率先减小后增大,溅射时间为40 min时,样品的电阻率最小。     

纳米Ge薄膜的制备及光致发光特性研究

采用直流磁控溅射技术在不同生长温度制备了一系列的Ge薄膜.应用拉曼散射、X射线衍射、光致发光等技术表征薄膜的结构.结果表明:Ge薄膜的结晶温度约为380℃,并且随着生长温度的升高,Ge的结晶性变好,晶粒长大;对不同尺寸Ge薄膜的光致发光研究表明:随着纳米Ge晶粒尺寸的减小,光致发光峰的相对强度逐渐增强,且发光峰位发生蓝移.用有效质量近似模型讨论了量子尺寸效应和介电限域效应对纳米Ge颗粒发光特性的影响.     

溅射温度对ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的结构和光电性能的影响

本文采用直流磁控溅射分层溅射制备了氧化铟锡(ITO)/银(Ag)/ITO多层复合薄膜。系统研究了溅射温度对ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的结构和光电性能影响。采用ITO(m(In₂O₃)∶m(SnO₂)=9∶1;直径60 mm)靶材和Ag(纯度99.999%;直径60 mm)靶材分层溅射,使ITO薄膜和Ag薄膜依次沉积在钠-钙玻璃基片上。结果表明,溅射温度对该薄膜的形貌和结构具有显著的影响。在中间Ag薄膜和顶层ITO薄膜的溅射温度均为120 ℃时,薄膜表面晶粒形貌由类球形转变为菱形,此时薄膜方阻为3.68 Ω/Sq,在488 nm处透射率为88.98%,且品质因数为0.03 Ω^-1,实现了低方阻高可见光透射率ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的制备。     

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.     

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.     

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.