氢气对AlN薄膜择优取向的作用机制

采用脉冲反应磁控溅射方法在Si衬底上沉积了(100)和(002)择优取向的AlN薄膜,随着溅射功率的降低或氢气浓度的增加,放电电压下降,沉积粒子能量降低,薄膜由(002)取向逐渐向(100)取向转变.在溅射气氛中加入氢气后,薄膜中的氧含量降低,表面形貌与表面粗糙度均随着择优取向的改变发生变化.溅射功率及氢气浓度对AlN薄膜择优取向的影响规律表明,氢气主要是通过降低沉积粒子的能量和在衬底表面产生吸附两种作用方式来影响AlN薄膜的择优取向.     

衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法(纯金属锌作为靶材,Ar-N2-O2混合气体作为溅射气体)在石英玻璃衬底上制备了N掺杂p型ZnO薄膜.通过XRD、Hall和紫外可见透射谱分别研究了衬底温度对ZnO薄膜结构性能、电学性能和光学性能的影响.XRD结果显示所有制备的薄膜都具有垂直于衬底的c轴择优取向,并且随着衬底温度的增加,薄膜的晶体质量得到了提高.Hall测试表明衬底温度对p型ZnO薄膜的电阻率具有较大影响,400℃下生长的p型ZnO薄膜由于具有较高的迁移率(1.32 cm2/Vs)和载流子浓度(5.58×1017cm-3),因此表现出了最小的电阻率(8.44Ω·cm).     

非晶 Ti-Al 过渡层对 Pt/Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt电容器结构和性能的影响

应用磁控溅射法在 Pt/Ti/SiO2/Si(001)衬底上制备 5 mm 厚超薄非晶 Ti-Al 薄膜作为过渡层,利用脉冲激光沉积法制备 Ba0.6 Sr0.4TiO3 薄膜,构造了 Pt/Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt(Pt/BST/Pt)和 Pt/Ti-Al/Ba0.6Sr0.4TiO3/Ti-Al/Pt(Pt/Ti-Al/BST/Ti-Al/Pt)结构的电容器,研究了 Ti-Al 过渡层对 Pt/BST/Pt 电容器结构及其性能的影响.实验表明,过渡层的引入有效地阻止了 Pt 电极和 BST 薄膜的互扩散,降低了 BST 薄膜氧空位的浓度,提高了铁电电容器的介电性能.当测试频率为 1 kHz、直流偏压为0 V时,介电常数由引入过渡层前的 530 增大到引入后的 601,介电损耗则由0.09减小到0.03.而且过渡层的引入有效地降低了 BST 薄膜的漏电流,使正负向漏电流趋于对称,在测试电压为5 V 时,漏电流密度由3.8×10-5 A/cm2 减小到 8.25 ×10-6 A/cm2.     

衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响

衬底温度是磁控溅射法制备氧化锌薄膜中一个非常重要的工艺指标,探索衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响对制备环保型高质量氧化锌紫外屏蔽材料具有重要意义。以质量分数99.99%的氧化锌陶瓷靶为溅射源,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上沉积了氧化锌紫外屏蔽薄膜,通过X射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计进行测试和表征,研究了不同衬底温度对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响。实验结果表明:制备所得薄膜均为六角纤锌矿结构,具有沿(002)晶面择优取向生长的特点,其晶格常数、晶粒尺寸、透过率、光学能隙、可见荧光、结晶质量等都与衬底温度密切相关,当衬底温度为250 ℃,溅射功率160 W,氩气压强0.5 Pa,氩气流速8.3 mL/min,沉积时间60 min时,所得氧化锌薄膜样品取向性最好,晶粒尺寸最大,薄膜结构致密,具有良好的光学性能和结晶质量。     

硅基Pt/Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt电容器不同温度下的漏电机理研究

利用脉冲激光沉积技术在Pt(111)/TiO2/SiO2/Si(001)衬底上生长了厚度约为200 nm的Ba0.6 Sr04TiO3(BST)薄膜,构架了Pt/BST/Pt平行板电容器,测量了Ba06Sr0.4TiO3薄膜电容器在不同温度下的漏电流,研究了BST薄膜的结构和性能.结果表明BST薄膜为多晶钙钛矿结构,随着测量温度的降低,漏电流密度也随之降低,但是正负偏压下的J-V曲线并不对称,这主要归因于上下Pt电极与BST的界面热处理不同.通过不同导电机理对漏电流密度拟合发现,在负向偏置电压下,Pt/BST/Pt电容器均基本符合欧姆导电机制;而对于正向偏置电压,在低电压下符合欧姆导电机制,并且符合欧姆导电机制的电压范围在不断扩大,在高电压下符合空间限制电流(SCLC)导电机制.     

纯氮气反应溅射AlN薄膜及性质研究

在不同氮气浓度、不同溅射气压和衬底温度为20～370 ℃的条件下,分别在多种衬底上采用反应磁控溅射法沉积AlN薄膜.X射线衍射图谱表明:温度大于180 ℃时可在多种衬底上沉积出具有c轴择优取向的纤锌矿AlN薄膜.衬底温度和溅射时间的增加有利于薄膜结晶性的改善. 1.5 Pa的纯氮气气氛和Si(100)衬底是最佳择优生长条件.由紫外-可见光透射谱计算得到:在石英衬底上沉积的薄膜折射率为1.80～1.85,膜厚约为 1 μm、光学能隙为6.1 eV.原子力显微镜照片表明:在Si(100)衬底上制备的薄膜表面平滑,均方根粗糙度为2.2～13.2 nm.     

电解液浓度对BaxSr(1-x)TiO3微弧氧化膜微观结构及介电性能的影响

用Ba(OH)2·8H2O和Sr(OH)2·8H2O配制电解液,工艺参数分别设置为电流密度20 A/dm2、电流频率100Hz、反应时间20 min及占空比85;,采用微弧氧化法在工业纯Ti板(99.5;)表面原位生长BaxSr(1-x)TiO3薄膜.分析了相同Ba2+ /Sr+比条件下,电解液浓度对薄膜物相、表面形貌及薄膜厚度的影响.结果表明:所得薄膜均主要由四方相Ba0.5Sr0.5TiO3构成;Ba2+和Sr2+各为0.2 mol/L时所得薄膜的表面平整度及致密性最好,表面粗糙度值最小,并检测了该薄膜在不同频率下的介电常数和介电损耗,发现两者均随频率的增加而减小;薄膜厚度随电解液浓度的增加而增加.     

LaNiO3缓冲层对化学溶液法制备的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3薄膜的结构与电学性能的影响

采用化学溶液法在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备了92;Pb(Mg1/3/Nb2/3)O3-8;PbTiO3(PMNT)薄膜,对于在衬底上引入缓冲层LaNiO3(LNO)和没有引入缓冲层LNO所制备的PMNT薄膜结构及电学性能进行了比较和研究.x射线衍射测试结果表明:直接在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上所制备的PMNT薄膜含有大量的烧绿石相,且薄膜呈现高度的(111)择优取向;而当在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上引入LNO缓冲层后,所制备的PMNT薄膜是纯钙钛矿相,且薄膜呈现(100)择优取向.通过铁电和介电性能测试表明:当在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上引入缓冲层LNO后,所制备的PMNT薄膜的剩余极化和介电常数也都得到了较大提高.     

Eu3+,Tb3+掺杂对RF磁控溅射ZnO薄膜结构的影响

利用RF磁控溅射技术,不同条件下在不同衬底上制备了纯ZnO及Eu3+,Tb3+共掺ZnO薄膜.研究了薄膜的衬底、沉积时间和衬底温度对ZnO薄膜结构及形貌的影响.使用X射线衍射仪(XRD)对样品的结构进行了表征,结果表明:玻璃和石英衬底上的薄膜分别在300℃、镀膜0.5h和常温下、镀膜lh时薄膜具有良好的c轴择优取向,单品质量较好;而硅衬底上的薄膜在300℃、镀膜lh时具有良好的(103)轴择优取向,单品质量略有降低.     

溅射功率对钛镓共掺杂氧化锌透明导电薄膜光电性能的影响

以ZnO∶Ga2O3∶TiO2(97wt;∶1.5wt;∶1.5wt;)陶瓷靶作为溅射源,采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了钛镓共掺杂氧化锌(TGZO)透明导电薄膜,通过X射线衍射仪、四探针仪和分光光度计测试表征,研究了溅射功率对TGZO薄膜晶体结构、电学性质和光学性能的影响.结果表明:所有TGZO薄膜均为六角纤锌矿结构,并且具有(002)择优取向,溅射功率对薄膜性能具有明显的影响.当溅射功率为200 W时,TGZO薄膜的结晶质量最好、电阻率最低、平均可见光透射率最高,品质因数最大(1.22×10-2 Ω-1),其光电综合性能最佳.另外,通过光谱拟合方法研究了溅射功率对TGZO薄膜折射率和消光系数的影响,并利用Tauc关系式计算了样品的光学能隙.     

铌酸锂衬底上磁控溅射ITO薄膜及其光电性质研究

在铌酸锂(LN)晶体衬底上磁控溅射铟锡氧化物(ITO)薄膜,研究了射频磁控溅射制备ITO/LN薄膜的最佳工艺.采用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)分析了透明导电ITO膜的制备工艺参数对薄膜表面形貌和晶体结构的影响,同时应用四探针电阻率测量和紫外可见光谱测量技术对所研制的ITO/LN膜的光电性质进行了研究.结果表明,衬底温度为320℃,溅射时间50 min时制备的ITO/LN薄膜具有最佳光电性质,在该条件制备出薄膜的电阻率为3.41×10-4Ω·cm,ITO/LN平均可见光透光率可达74.38;,平均透光率比LN衬底提高了1.1;.应用该溅射条件制备了泰伯效应位相阵列器,其近场衍射成像的相对光强可达0.67.     

双靶磁控溅射聚焦共沉积AlN薄膜生长速率研究

采用直流双靶磁控溅射聚焦共沉积技术在Fe衬底上高速率生长A lN薄膜,结果表明,双靶共沉积技术有效地提高了A lN薄膜生长速率,相同工作气压或低N2浓度时双靶磁控溅射沉积速率约为单靶沉积速率的2倍;随着溅射系统内工作气压或N2浓度的升高,薄膜生长速率不断减小;薄膜择优取向与薄膜生长速率相互影响,随着工作气压的升高,(100)晶面的择优生长减缓了薄膜生长速率的降低,随着N2浓度的升高,(002)晶面的择优生长加剧了薄膜生长速率的降低,而相对较低的溅射沉积速率有利于(002)晶面择优取向生长。     

Ba0.6Sr0.4TiO3/PVDF复合材料电性能研究

采用直接沉淀法制备了顺电体钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4TiO3)纳米粉体,用钛酸酯偶联剂将Ba0.6 Sr0.4TiO3纳米粉体改性后与聚偏氟乙烯(PVDF)进行物理共混制备Ba0.6Sr0.4TiO3/PVDF复合材料薄膜.XRD图谱分析表明,Ba0.6Sr04TiO3粉体晶相皆为立方相,经TEM分析发现颗粒形貌呈球形,粒径约为50 nm,分散性好.在低比例纳米Ba0.6Sr0.4TiO3粉体掺入下,复合材料的介电常数和击穿场强与纯PVDF相比有显著提高,在粉体的含量约为7vol;时,材料的介电常数为12,击穿场强达到289 kV/mm,储能密度最大.     

磁控溅射衬底加热温度和后退火温度对制备β-Ga2O3薄膜材料的影响

作为宽禁带半导体材料的一员,结构稳定的β-Ga₂O₃具有比SiC和GaN更宽的禁带宽度和更高的巴利加优值,近年来受到科研人员的广泛关注。本文采用射频(RF)磁控溅射法在C面蓝宝石衬底上生长β-Ga₂O₃薄膜,探究溅射过程中衬底加热温度的影响。溅射完成后通过高温退火处理提升薄膜质量,研究衬底加热温度和后退火温度对氧化镓薄膜晶体结构和表面形貌的影响。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对β-Ga₂O₃薄膜晶体结构、表面形貌等进行分析表征。实验结果表明,随着衬底加热温度的升高,β-Ga₂O₃薄膜表面粗糙度逐渐降低,薄膜晶体质量得到显著提升;在氧气气氛中进行后退火,合适的后退火温度有利于氧化镓薄膜重新结晶、增大晶粒尺寸,能够有效修复薄膜的表面态和点缺陷,对于改善薄膜晶体质量有明显优势。     

非晶Ni-Al阻挡层对快速退火制备的硅基Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜结构及物性影响的研究

应用非晶Ni-Al薄膜作为扩散阻挡层,采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法在Pt/TiO2/SiO2/Si(001)衬底上制备了Pt/Ni-Al/Ba0.6Sr0.4TiO3/Ni-Al/Pt电容器结构,研究了在650～800 ℃温度范围内快速退火(RTA)工艺对电容器结构和物理性能的影响.结果表明:在外加电场为-100 kV/cm时,700 ℃和750 ℃退火样品的介电常数达到最大,分别为150和170.非晶Ni-Al薄膜的应用可以有效地降低BST薄膜的漏电流密度.650 ℃退火样品在整个测试电场范围内满足欧姆导电机制;700 ℃、750 ℃和800 ℃退火样品分别在电压低于-3.67 V、-2.65 V和-2.14 V时满足欧姆导电机制,在电压高于-3.67 V、-2.65 V和-2.14 V时满足普尔-弗兰克导电机制.     

衬底材料对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜介电性能的影响

采用脉冲激光沉积系统分别在LaAlO3(001)和MgO(001)衬底上沉积了Ba06Sr04TiO3(BST)薄膜,以Pt做电极分别构架了Pt/BST/MgO和Pt/BST/LaAlO3叉指电容器.利用X射线衍射仪、原子力显微镜和Aglient E4980LCR表分别对两种薄膜的结构、表面形貌和介电特性进行表征.研究发现:两种衬底都可以实现BST(001)薄膜的外延生长,MgO和LaAlO3衬底上BST薄膜的晶粒尺寸分别为52 nm和42 nm.在室温40 V偏置电压下,Pt/BST/MgO和Pt/BST/LaAlO3的调谐率分别为39.68;和29.55;,最低损耗分别为0.029和0.053.这说明衬底材料的晶格常数不同,最终导致了BST薄膜介电性能的不同.     

溅射压强对掺钛氧化锌纳米薄膜微结构和光电性能的影响

采用射频磁控溅射法,采用不同的溅射压强将同一掺钛氧化锌靶材在普通玻璃衬底上溅射出八个TZO(掺钛氧化锌)薄膜样品,测试其微结构和光电性能,分析其薄膜性能与溅射压强之间的微观机理,从而获得制备性能优越的TZO薄膜所需的最佳溅射压强.结果表明:所有样品均为具有c轴择优取向的六角铅锌矿多晶纳米薄膜;溅射压强对薄膜微结构和光电性能有显著的影响;溅射功率为150 W,氩气流量为25 sccm,衬底温度为150℃,压强为0.5 Pa时制备的薄膜光电性能较好,具有较大晶粒尺寸,在可见光区(400 ～ 760 nm)有较高的平均透过率达91.48;,较低电阻率4.13×10-4 Ω·cm,较高的载流子浓度和较大迁移率.     

(001)高度择优取向Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt异质结的结构及性能

采用射频磁控溅射法结合高真空后退火处理,在MgO(001)单晶基片上制备了Pt薄膜.应用脉冲激光沉积法在Pt/MgO上进一步生长了Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜.借助X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪、LCR表研究了BST/Pt/MgO的结构和性能.研究发现,700 ℃真空退火可以保证Pt薄膜在MgO基片上实现(001)高度择优生长,以(001)Pt薄膜为模板,可以进一步获得(001)高度择优取向具有铁电性能BST薄膜.在100 Hz测试频率下,BST薄膜最大介电常数为1100、调谐率为81;、品质因数为21;在7 V的电压下,漏电流密度1.85×10-5 A/cm2,进一步分析表明,BST薄膜在0～2.6 V之间满足欧姆导电机制,在2.6～7 V之间满足普尔-弗兰克导电机制.     

Si(111)衬底上ZnO薄膜的磁控溅射法制备及表征

采用磁控溅射法在(111)单晶硅衬底上沉积了ZnO薄膜,并研究了退火温度对ZnO薄膜晶体质量、晶粒度大小、应力和光致发光谱的影响.X射线衍射(XRD)表明薄膜为高度c轴择优取向.不同退火温度下的ZnO薄膜应力有明显变化,应力分布最为均匀的退火温度为500℃.室温下对ZnO薄膜进行了光谱分析,可观测到明显的紫光发射(波长为380nm左右).实验结果表明,用磁控溅射法在单晶硅衬底上能获得高质量的ZnO薄膜.     

射频磁控溅射法制备MoS2薄膜的最佳工艺参数研究(英文)

采用射频(RF)磁控溅射法在石英衬底上制备了MoS₂薄膜。通过正交试验研究了溅射时间、溅射温度、氩气流量和溅射功率对MoS₂薄膜结构的影响。通过XRD、Raman、XPS、EDS和SEM对MoS₂薄膜的结晶度、薄膜厚度和表面形貌进行分析，得到了制备MoS₂薄膜的最佳工艺参数。发现溅射温度较高或较低结晶度都很差，在较低的溅射温度下样品的XRD衍射峰不明显。而当温度为250℃时，样品的XRD衍射峰较多，结晶度较好。根据正交试验法得出溅射温度对MoS₂的结晶效果起着至关重要的作用，其次是氩气流量。当溅射温度为250℃,氩气流量为6 mL/min,溅射时间为30 min,溅射功率为300 W或400 W时，MoS₂膜的结晶度较好。在这个条件下制备的膜较厚，但为以后的实验指明了方向。保持溅射温度、溅射功率和氩气流量不变，通过减少时间成功制备了厚度为58.9 nm的薄膜。