利用电子束蒸发制备铝隧道结工艺研究

采用电子束蒸发的方法在Si片上制备超导铝(Al)薄膜。利用X射线衍射和直流四电极电阻法分别测试了厚度从100埃到5000埃的Al薄膜物向组成,超导转变温度(Tc)和临界电流密度(Jc)。当Al薄膜厚度大于500埃时,超导转变温度Tc=1.2K。电子束蒸发制备的Al薄膜性能良好,具有较高的结晶质量,为制备Al超导隧道结奠定了良好基础。对小面积的Al超导隧道结工艺进行了研究,该超导隧道结两层的超导体材料为Al薄膜,中间势垒层材料为Al2O3。其中Al薄膜利用电子束蒸发制备,势垒层通过直接氧化Al薄膜表面实现,该工艺和采用直接蒸发氧化物薄膜工艺相比不仅简单而且能有效防止势垒层不连续造成的弱连接。     

薄膜、多层膜和一维超点阵材料的X射线分析新进展

Ｘ射线散射和衍射对于厚度为几个原子层到几十微米的薄膜材料是灵敏的。一般而言,Ｘ射线方法是非破坏性的,其中不要求样品制备,它们提供恰如其分的技术路线,以获得薄膜材料的结构等信息;分析能对从完整单晶膜和多晶膜到非晶膜的所有材料进行。本文评述了用Ｘ射线方法表征和研究这类薄膜材料的新进展。全文包括引论、常用的Ｘ射线方法、原子尺度薄膜的研究、工程薄膜和多层膜的研究、一维超点阵结构研究、超点阵界面粗糙度的Ｘ射线散射理论、不完整性和应变的衍射空间图或倒易空间图研究七个部分     

薄膜、多层膜和一维超点阵材料的X射线分析新进展

Ｘ射线散射和衍射对于厚度为几个原子层到几十微米的薄膜材料是灵敏的。一般而言,Ｘ射线方法是非破坏性的,其中不要求样品制备,它们提供恰如其分的技术路线,以获得薄膜材料的结构等信息;分析能对从完整单晶膜和多晶膜到非晶膜的所有材料进行。本文评述了用Ｘ射线方法表征和研究这类薄膜材料的新进展。全文包括引论、常用的Ｘ射线方法、原子尺度薄膜的研究、工程薄膜和多层膜的研究、一维超点阵结构研究、超点阵界面粗糙度的Ｘ射线散射理论、不完整性和应变的衍射空间图或倒易空间图研究七个部分     

高质量单层二硫化钼薄膜的研究进展

作为一种新型的二维半导体材料,单层二硫化钼薄膜由于其优异的特性,在电子学与光电子学等众多领域具有潜在的应用价值.本文综述了我们课题组在过去几年中针对单层二硫化钼薄膜的研究所取得的进展,具体包括:在二硫化钼薄膜的制备方面,通过氧辅助化学气相沉积方法,实现了大尺寸单层二硫化钼单晶的可控生长和晶圆级单层二硫化钼薄膜的高定向外延生长;在二硫化钼薄膜的加工方面,发展了单层二硫化钼薄膜的无损转移、洁净图案化加工、可控结构相变与局域相调控的方法,为场效应晶体管等电子学器件的制备与性能优化提供了基础;在二硫化钼异质结方面,研究了二硫化钼薄膜与其他二维材料形成的异质结的电学以及光电性质,为二维材料异质结的构筑和器件特性研究提供了实验参考;在二硫化钼薄膜功能化器件与应用方面,构筑了全二维材料、亚5 nm超短沟道场效应晶体管器件,验证了单层二硫化钼对短沟道效应的有效抑制及其在5 nm工艺节点器件中的应用优势;此外,利用制备的高质量单层二硫化钼和发展的器件洁净加工技术,实现了高性能柔性薄膜晶体管的集成,获得了超高灵敏度与稳定性的非接触型湿度传感器.我们在二硫化钼薄膜的制备、加工以及器件特性研究方面所取得的进展对于二硫化钼及其他二维过渡金属硫属化合物的基础和应用研究均具有指导意义.     

ZnO薄膜的掺杂及其结型材料的研究进展

ZnO薄膜作为一种多用途的半导体材料，一直受到国内外学术界的广泛关注，尤其是自1997年发现ZnO薄膜的室温紫外光发射以来，ZnO薄膜的制备及其光电子特性的研究成为新的研究热点，几年来，研究进展非常迅速，巳报道了结型电致发光器件和光电探测器件的初步研究结果，文章结合作者的工作，综述了目前国内外对ZnO薄膜的掺杂以及ZnO异质结和同质p-n结制备方面的研究状况。     

磁性超晶格的研究

科学的新发展常常以技术的进步为先导．正是由于薄膜技术的高度发展,人们可以逐个原子层地制备薄膜和控制薄膜的生长,从而激发起科学家们去研究人造超晶格的结构．所谓超晶格是指几种不同材料按一定厚度作周期性交替生长的多层薄膜结构。一、历史概况超晶格的研究首先是从半导体材料开始的（譬如　ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ）．近年来对非晶态半导体也作过超晶格研究,如１９８３年美国ＥＸＸＯＮ公司的Ｂ．Ａｂｅｌｅｓ和Ｔ．Ｔｉ?...     

基于有机半导体的宽波段薄膜太阳能吸收器

具有平面结构、纳米尺度的半导体薄膜是太阳能电池的重要组成部分。平面结构加工简单廉价,纳米尺度薄膜量子效率高,但这类结构光学吸收能力差。因此,本文研究如何采用简单平面结构,增强厚度只有几十纳米的半导体薄膜的宽波段吸收特性。研究发现当半导体材料折射率随波长正比例变化、吸收指数不随波长变化时,一定存在一对透明材料厚度和入射角度,使得半导体薄膜/透明材料/金属基底平面薄膜结构具有宽波段完全吸收特性。研究结果可作为宽波段太阳能吸收器的设计准则。以厚度只有35 nm的P3HT:PC_(70)BM薄膜为例,在420和600 nm波长处,设计吸收率均超过95%,从而显著拓宽高吸收率的波段范围,使光生电流比参考结构提高42%。     

X射线透射法测量膜厚

薄膜厚度不仅与薄膜的电导率有关,而且与薄膜的光学性能甚至表面结构密切相关. 薄膜厚度的测量精确有助于研究薄膜的物理性能. 本文利用X射线在材料中传播的特征设计了大学物理实验室测量薄膜厚度的方法.     

BaHfO3纳米薄膜电子结构、光学和弹性性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似（LDA）下研究了厚度为0.626～2.711nm (100)面BaHfO3薄膜的电子结构、光学和弹性性质．电子结构和光学性质计算结果表明：以BaO为表面层原子的BaHfO3纳米薄膜均为直接带隙半导体材料,带隙随薄膜厚度减小而逐渐减小,表现出明显的量子尺寸效应,此时薄膜的光学吸收边发生红移,吸收带出现窄化现象．以HfO2作为表面层原子的BaHfO3薄膜则属于间接带隙半导体材料,且带隙随薄膜厚度减小而微弱增加．弹性性质计算结果表明：体弹模量、剪切模量和杨氏模量等表征材料硬度的力学参数均随BaHfO3纳米薄膜厚度减小而显著减小,呈现尺寸效应．电荷密度分布分析揭示了薄膜厚度改变了BaHfO3纳米薄膜的价健特性,这是材料硬度改变的内在原因．该研究结果为BaHfO3纳米薄膜材料的设计与应用提供了理论依据．     

利用TEM对Si基片与MgO基片上生长的薄膜特性的研究

对生长在Si和MgO单晶基片上的不同厚度的单层NbN薄膜、双层薄膜AlN/NbN以及三层薄膜NbN/AlN/NbN应用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)技术进行了分析研究,对这几种薄膜样品的微观结构、薄膜厚度以及各个边界的一些直观细节给出了较为清晰的图像。由透射电子显微镜的电子衍射图案计算了薄膜和单晶衬底的晶格常数,并与我们以前采用X射线衍射技术分析的结果进行了比较,结果有很好的吻合。     

基于PbMg_(1/3)Nb_(2/3)O_3-PbTiO_3压电单晶的磁电复合薄膜材料研究进展

电子信息技术的迅速发展对磁电功能器件的微型化、智能化、多功能化以及灵敏度、可靠性、低功耗等都提出了更高的需求,传统的块体磁电功能材料已日渐不能满足上述需求,而层状磁电复合薄膜材料同时具有铁电性、铁磁性和磁电耦合等多种特性,因此能满足上述需求且有望应用于新一代磁电功能器件.层状磁电复合材料不仅具有非常丰富的物理现象和效应,而且在弱磁探测器、多态存储器、电写磁读存储器、电场可调低功耗滤波器、移相器、天线等微波器件中也具有广阔的应用前景,因而受到材料科学家和物理学家广泛的关注和研究.在层状磁电复合材料中,功能薄膜/铁电单晶异质结因其制备简单、结构设计和材料选择灵活以及电场调控方便和有效,最近十余年引起了越来越多的研究人员的兴趣.目前,以具有优异铁电和压电性能的(1-x)PbMg_(1/3)Nb_(2/3)O_3-PbTiO_3(PMN-PT)单晶作为衬底,构建功能薄膜/PMN-PT异质结已成为国内外多铁性复合薄膜材料研究领域的重要方向之一.相比于其他国家,我国科学家无论在发表的文章数量还是在文章被引用次数方面都处于领先地位,表明我国在功能薄膜/PMN-PT单晶异质结方面的研究卓有成效.迄今为止,研究人员已构建了锰氧化合物/PMN-PT、铁氧体/PMN-PT、铁磁金属/PMN-PT、稀磁半导体/PMN-PT、发光材料/PMN-PT、二维材料/PMN-PT、多层薄膜/PMN-PT、超导薄膜/PMN-PT等多种类型的异质结,在理论研究和实验方面都取得了丰富的研究成果.本文对基于PMN-PT压电单晶的磁电复合薄膜材料的研究进展进行了总结:简要介绍了与功能薄膜/PMN-PT异质结相关的研究论文发表现状;介绍了PMN-PT单晶在准同型相界附近的相图和应变特性;按照功能薄膜材料所属的体系对异质结进行了分类,并选取部分代表性的研究成果,介绍了材料的磁电性能和内涵的物理机制;最后就目前有待解决的问题和未来可能的应用方向进行了总结和展望.     

超低温下金纳米薄膜导电和导热性质的实验研究

受到晶界和表面对电子散射的影响,金属纳米薄膜在导电和导热方面表现出与体材料不同的性质。实验研究了厚度为76 nm的金薄膜在不同温度(3～240K)下的导电和导热特性。结果表明薄膜电导率和热导率均大大低于体材料值;薄膜和体材料的电导率随温度变化趋势相同,热导率的变化趋势相反;薄膜的Lorenz数大于体材料值,Wiedemann-Franz定理不成立。     

薄膜和半无限大介质间的近场辐射换热研究

研究了硼掺杂硅(记为Si-19)薄膜和半无限大物体(Si-19和SiC)在100 nm真空间距下的近场辐射换热随薄膜厚度的变化。研究结果表明,当半无限大物体和薄膜为相同的Si-19材料时,由于表面波激发并相互耦合,使得近场辐射换热随薄膜的厚度变化比较复杂。当半无限大物体为SiC材料时,由于表面波的耦合遭到破坏以及辐射体的高发射率频率区和吸收体的高吸收率频率区不匹配,导致表面波的激发对不同材料间的近场辐射换热的增强程度降低,因此在相同计算区域内热流密度随厚度的增加单调增加,没有出现极值点。     

薄膜特性的掠发射X射线荧光分析

掠射X射线荧光分析技术是实验室分析薄膜特性的一种重要工具。文章简述了利用掠出射X射线荧光技术分析薄膜厚度的原理和方法,介绍了一种可在实验室里实现薄膜特性测试的掠发射X射线荧光分析装置,该装置采用波长色散方式结合超薄窗流气正比计数管,可实现对轻元素的探测。最后从理论上计算了Si片上不同厚度的几种单层薄膜的X射线荧光强度和掠出射角的依赖关系。证明了掠发射X射线荧光分析是一种精确的分析薄膜厚度等特性的方法。     

金纳米薄膜导电和导热性质的实验研究

由于尺寸效应和晶界效应的影响,纳米薄膜在导电和导热方面呈现出与体材料不同的性质.本文实验研究了不同厚度(20～54 nm)金薄膜在不同温度(100～340 K)的导电、导热性质.测量结果显示,薄膜的电导率和热导率比体材料小,洛伦兹数比体材料大,Wiedemann-Franz定律不再成立.随着厚度增加,薄膜的电导率,热导率和电阻温度系数都增加.薄膜热导率随温度变化趋势与体材料相反,随着温度升高而升高.电导率随温度变化趋势与体材料相同,随着温度升高而降低;但薄膜没有体材料对温度变化敏感,导致电阻温度系数下降.     

Y_2O_3缓冲层对YBCO超导转变温度的影响（英文）

超导薄膜所受的应力对其临界转变温度Tc具有重要的影响,研究应力对超导薄膜Tc的影响对获得更高Tc材料具有重要意义.本文采用溶胶-凝胶法,在LAO单晶基板上制备了Y2O3/YBCO薄膜,并研究了Y2O3缓冲层对不同厚度YBCO超导薄膜的临界转变温度的影响.研究发现,当YBCO薄膜厚度为90nm时,由于Y2O3和YBCO薄膜的晶格错配,在YBCO/Y2O3薄膜的a-b面内引入了压应力,增加了c轴的晶格常数,结果提高了YBCO薄膜的临界转变温度.当YBCO薄膜的厚度较大时(如230nm),由晶格错配引起的应力通过位错的形式得以释放,YBCO薄膜的Tc变化不大.     

MOCVD方法生长的氧化锌薄膜及其发光特性

近年来,随着近紫外光发射氧化锌薄膜研究的进展,许多先进的薄膜生长手段被广泛采用。本文探索了用MOCVD方法在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法,试验了用几种不同的有机金属源生长ZnO薄膜;研究了源材料及生长压力和温度对薄膜生长的影响;观察了样品的室温光致发光光 谱。通过与溅射方法生长的ZnO薄膜的比较,提出了影响材料结构和发光特性的可能原因。     

临界角法测量棱镜折射率

<正> 一、引言在研究波导时,通常使用棱镜底部消失波来激励薄膜中的波。利用进入薄膜波导中耦合光的性质来测量薄膜折射率和厚度。由于这两个薄膜参数的测量误差主要取决于棱镜的折射角和材料折射率的测量精度,因此,必须精确地测量这两个量。理想的情况是棱镜折射率应当比薄膜的折射率高,因此,通常使用折射率很高的材料。由于在所研究的波导中光束直径一般只有零点几毫米,所以棱镜的表面面积总共也只有几平方毫米,这样,给精确测量棱镜造成了困难。     

超导Josephson隧道结性能和超导量子比特电路的设计方案

超导Josephson隧道结是实现超导量子比特的基本元件。利用悬空掩膜和电子束斜蒸发相结合的工艺方法制备Al/Al2O3/Al超导Josephson隧道结,并且系统研究了底电极、上电极薄膜的厚度及氧化参数等工艺条件与隧道结超导电流密度Jc和面积归一化电阻Rc的关系。设计测量了三种方案的超导量子比特电路,通过对参数和结构的优化测出了较理想的量子比特(qubit)信号。     

HfO2薄膜生长应力演化研究

薄膜应力的存在是薄膜材料的本征特性,对过程中薄膜应力的测量与精确控制具有重要意义.搭建了基于双光束偏转基底曲率测量装置,再结合薄膜厚度的实时监控,实现了对薄膜应力演化过程的观测.对HfO2薄膜的生长过程做了实时研究.结果显示,在所研究条件下,HfO2薄膜的生长应力随厚度的增加,在360～660 MPa范围内变化;沉积温度越高,沉积真空度越高,张应力越大;在真空度较高的沉积条件下,薄膜应力强烈地受到基底表面的影响,随着薄膜厚度的增加,应力也趋于稳定.