Al/Ti双层薄膜TES的光子数分辨特性表征

报道了Al/Ti双层薄膜超导TES的光子数分辨特性。通过设计双层薄膜的尺寸,使其满足光子数分辨所需的热导、热容需要,制备出了完好的TES。在320m K的低温下,通过测试其对1550nm光脉冲的响应,发现等效光子数分辨率可达到40个左右。这是使用超导TES实现单光子探测及进一步实现量子通讯的重要基础。     

Al/Al_2O_3/Al隧道结相位扩散的现象

超导约瑟夫森结是超导量子比特的核心元件,由约瑟夫森结组成的直流超导量子干涉器(DC-SQUID)由于其具有较高的探磁灵敏度,在超导磁通量子比特量子位测量中具有重要的作用.我们用铝为超导材料,采用电子束斜蒸发及静态氧化的方法制备了由两个Al/Al2O3/Al隧道结并联组成的DC-SQUID样品.将DC-SQUID样品置于20~1000mK范围内的不同温度下,对其跳变电流分布进行了测量.在50mK明显观测到了隧道结跳变电流机制由宏观量子隧穿到热激发的转变,并且在高于80mK时,观测到了相位扩散的现象.这对于隧道结相位动力学研究具有重要意义.     

两种不同(Ba,Sr)TiO3薄膜介电-温度特性的研究

研究并比较了两种不同(Ba0.5,Sr0.5)TiO3(BSTO)薄膜介电-温度特性.采用脉冲激光沉积技术在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备BSTO薄膜,发现制备条件的不同,可以得到介电性质完全不同的BSTO薄膜.在550℃和氮气氛下制备的BSTO薄膜在常温下具有很高的介电常数,在10kHz下,超过2500,并在200K温度以上介电常数基本不变.它的一些电学性质不同于在正常条件(650℃和氧气氛下)制得的BSTO薄膜,而类似于目前广泛报道的巨介电常数材料如CaCu3Ti4O12.两种薄膜介电性质测试结果表明: 氧气氛下制备的BSTO薄膜呈现铁电-顺电相变,符合居里-外斯定律;低温氮气氛下制备的BSTO薄膜,介电弛豫时间和温度的关系符合德拜模型,是热激发弛豫.文中给出了产生这种介电特性的初步解释.     

利用倾斜角度蒸发法制备Al/Al_2O_3/Al超导隧道结

利用电子束曝光法对双层光刻胶进行曝光来制备悬空掩模结构,在此基础上利用电子束蒸发系统采用倾斜角度蒸发法制备铝超导薄膜,采用热氧化法在底层铝膜表面形成氧化铝作为势垒层,制备出铝SIS超导隧道结,并在360mK的情况下对铝结进行了Ⅰ～Ⅴ特性的初步测量.铝隧道结的成功制备为下一步构建超导量子比特器件,研究其量子特性奠定了良好的基础.     

YBCO半导体薄膜及Bolometer特性

就Si为衬底的钇钡铜氧(分子式：Y₁Ba₂Cu₃O_7-δ ,δ≥05,简称YBCO)薄膜的半导体性质,及用于红外测辐射热计(Bolometer)的探 测性能进行了研究.通过测定温度电阻系数(TCR)和霍尔(Hall)系数,并采用XRD、拉曼散射 光谱等手段分析了YBCO半导体薄膜的微观结构和光谱响应特性,认为该薄膜是非制冷红外焦 平面的新型探测元材料. 关键词： YBCO半导体薄膜 测辐射热计 温度电阻系数     

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。     

不同衬底温度下PLD法制备的氧化锌薄膜的特性

利用GCR-170型脉冲激光器Nd:YAG的三次谐波(355nm),以蓝宝石Al2O3(0001)为衬底,在不同温度下采用脉冲激光沉积法制备了ZnO薄膜.通过原子力显微镜、Raman谱、光致发光谱、红外透射谱、霍尔效应和表面粗糙度分析仪对制备的ZnO薄膜进行了测试.分析了在不同衬底温度下薄膜的表面形貌、光学特性,同时进行了薄膜结构和厚度的测试.研究表明:衬底温度对ZnO薄膜的表面形貌、光学特性、结构特性都是重要的工艺参量,尤其在500℃时沉积的ZnO薄膜致密均匀,并表现出较强的紫外发射峰.     

两种不同(Ba,Sr)TiO3薄膜介电-温度特性的研究

研究并比较了两种不同(Ba_0.5,Sr_0.5)TiO₃(BSTO)薄膜介电-温度特性.采用脉冲激光沉积技术在Pt/Ti/SiO₂/Si(100)衬底上制备BSTO薄膜，发现制备条件的不同，可以得到介电性质完全不同的BSTO薄膜.在550℃和氮气氛下制备的BSTO薄膜在常温下具有很高的介电常数，在10kHz下，超过2500，并在200K温度以上介电常数基本不变.它的一些电学性质不同于在正常条件(650℃和氧气氛下)制得的BSTO薄膜，而类似于目前广泛报道的巨介电常数材料如CaCu_３Ti_４O₁₂.两种薄膜介电性质测试结果表明: 氧气氛下制备的BSTO薄膜呈现铁电-顺电相变，符合居里-外斯定律；低温氮气氛下制备的BSTO薄膜，介电弛豫时间和温度的关系符合德拜模型，是热激发弛豫.文中给出了产生这种介电特性的初步解释. 关键词： 薄膜 脉冲激光沉积 介电弛豫     

纳米二氧化钒薄膜的电学与光学相变特性

采用双离子束溅射氧化钒薄膜附加热处理的方式制备了纳米二氧化钒薄膜。在热驱动方式下,分别利用四探针测试技术和傅里叶变换红外光谱技术对纳米二氧化钒薄膜的电学与光学半导体-金属相变特性进行了测试与分析。实验结果表明,电学相变特性与光学相变特性之间存在明显的偏差,电学相变温度为63 ℃,高于光学相变温度,60 ℃;电学相变持续的温度宽度较光学相变持续温度宽度宽;在红外光波段,随着波长的增加,纳米二氧化钒薄膜的光学相变温度逐渐增大,由半导体相向金属相转变的初始温度逐渐升高,相变持续的温度宽度变窄。在红外光波段,纳米二氧化钒薄膜的光学相变特性可以通过光波波长进行调控,电学相变特性更适合表征纳米VO₂薄膜的半导体-金属相变特性。     

超导太赫兹天线耦合微测辐射热检测器

超导太赫兹天线耦合微测辐射热检测器具备探测频段宽、响应速度快、灵敏度高、易于阵列化等特点因而具备广阔的应用前景.本文的主要工作是设计并微纳加工出基于氮化铌薄膜的超导器件,针对所制备器件的关键参数进行了表征.测试结果显示,当浴冷温度为4 K时,器件响应时间为4μs,噪声等效功率达到30 fW/Hz^0.5.基于所制备的器件进行了陶瓷刀被动扫描成像实验并取得了良好的成像效果.     

Al/Al_2O_3复合薄膜的制备及表面等离子体共振性能研究

为了探究氧化层对金属薄膜表面等离子体共振(SPR)特性的调制作用,实验采用直流磁控溅射技术,通过控制沉积功率和沉积时间制备不同厚度的金属铝基薄膜,而后调控退火时间和温度得到相应的铝/氧化铝(Al/Al203)复合薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见-近红外分光光度计及拉曼光谱仪分别表征样品的结构、表面形貌及SPR特性。XRD测试结果表明,随着金属铝基薄膜厚度的增加,Al/Al203复合薄膜由非晶态转变为较低表面能方向择优生长,薄膜结晶质量提高。其吸收光谱在220 nm附近处出现由双层复合薄膜SPR吸收峰,830 nm附近的峰对应金属铝膜的本征吸收峰。以罗丹明B为例的拉曼光谱测试结果表明,拉曼散射强度随着铝薄膜厚度增加表现为先增强后减弱的趋势,当铝膜厚度为14.5 nm时,表面增强拉曼散射(SERS)效果最显著。实验结果表明,氧化铝膜层对不同厚度的金属铝基薄膜的SPR特性有很好的调制作用,氧化铝化学性质稳定,对样品起到很好的保护作用。     

Al/AlO_x/Al超导隧道结的制备工艺研究

研究了在高阻硅衬底上Al/AlO x/Al隧道结的制备技术,采用电子束蒸发制备Al/AlO x/Al三层材料,湿法刻蚀制备底电极和上电极以及电路连线,PECVD法生长绝缘层(SiO2)保护超导隧道结,RIE刻蚀上电极窗口。在400mK温度下测量了Al/AlO x/Al隧道结样品,得到了较好的隧道结I-V曲线,能隙电压Vg为0.325mV,超导临界电流I c为55nA,漏电流为5nA。     

基于AZO/VO_2/AZO结构的电压诱导相变红外光调制器

采用直流磁控溅射和后退火工艺先在掺Al氧化锌(AZO)导电玻璃基底上制备了高质量的VO_2薄膜,再在VO_2膜层上制备AZO导电膜,最终制备出了AZO/VO_2/AZO三明治结构.测试了VO_2/AZO复合薄膜和AZO/VO_2/AZO三明治结构的组分、微结构以及光学特性,结果表明VO_2/AZO复合薄膜在800—2300 nm红外区域其相变前后的最大透过率差值达24%,而AZO/VO_2/AZO三明治结构在相同波长范围内其相变前后的最大透过率差值可达31%.通过在AZO/VO_2/AZO三明治结构导电膜层上施加不同电压,观察到不同外界温度下电流的突变,当外界温度越高,所需阈值电压越低.AZO/VO_2/AZO三明治结构性能稳定,制备工艺简单,有望应用于集成式红外光调制器.     

二氧化钒薄膜的低温制备及其性能研究

针对VO₂薄膜在微测辐射热计上的应用，采用射频反应溅射法，在室温下制备氧化钒薄膜；研究了氧分压对薄膜沉积速率、电学性质及成分的影响.通过调节氧分压，先获得成分接近VO₂的非晶化薄膜，再在400℃空气中氧化退火，便可制得高电阻温度系数，低电阻率的VO₂薄膜，电阻温度系数约为-4%/℃，薄膜方块电阻为R_□为100—300kΩ；薄膜在室温下沉积，400℃下退火的制备方法与微机电加工(micro electromechanic 关键词： 二氧化钒 电阻温度系数 氧分压 射频反应溅射法     

硅基二氧化钒相变薄膜电学特性研究

本文以原子层沉积超薄氧化铝(Al₂ O₃)为过渡层, 采用射频反应磁控溅射法在硅半导体基片上制备了颗粒致密并具有(011)择优取向的二氧化钒(VO₂)薄膜. 该薄膜具有显著的绝缘体–金属相变特性, 相变电阻变化超过3 个数量级, 热滞回线宽度约为6℃. 基于VO₂薄膜构建了平面二端器件并测试了不同温度下I-V曲线, 观测到超过2个数量级的电流跃迁幅度, 显示了优越的电致相变特性. 室温下电致相变阈值电压为8.6 V, 电致相变弛豫电压宽度约0.1 V. 随着温度升高到60℃, 其电致相变所需要的阈值电压减小到2.7 V. 本实验制备的VO₂薄膜在光电存储、开关、太赫兹调控器件中具有广泛的应用价值.     

铝纳米颗粒表面等离子体共振峰可控性研究

在石英基底上制备了铝(Al)薄膜,同时加热烘烤制备了Al纳米颗粒,研究了不同厚度的Al纳米颗粒的吸收特性。结果表明,随着烘烤温度的上升,Al薄膜的粗糙度越来越大;当温度达到300℃时,Al薄膜完全转化成Al纳米颗粒。在300℃的烘烤温度下,当膜厚从5nm增加到25nm时,薄膜的共振吸收峰红移40nm。这种制备Al纳米颗粒的工艺简单、省时、成本低、效率高。     

脉冲激光沉积制备YBa2Cu3O7-δ/Nb-doped SrTiO3双层结

超导体/半导体结(Superconductor/semiconductor p-n junction)在制备场效应管,晶体管方面具有巨大的潜力.本文通过脉冲激光沉积的方法,使用Nb掺杂的(100)方向SrTiO3作为薄膜衬底,沉积了厚度约为350nm c轴取向的YBa2Cu3O7-δ薄膜,从而得到YBa2Cu3O7-δ/Nb:SrTiO3双层结.R～T曲线,以及XRD曲线显示YBa2Cu3O7-δ薄膜具有良好的超导电性和晶体结构,在零磁场不同温度下测量得电流-电压曲线显示YBa2Cu3O7-δ/Nb:SrTiO3构成的超导体/半导体双层结在小于YBa2Cu3O7-δ临界转变温度Tc时具有p-n结整流特性,当大于YBa2Cu3O7-δ超导转变温度时,呈现出非典型肖特基结的特性.     

NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析

采用X射线衍射和X射线光电子能谱实验手段对不同厚度的NiTi薄膜相变温度的变化进行了分析.结果表明在相同衬底温度和退火条件下,3?μm厚度的薄膜晶化温度高于18?μm厚度的薄膜.衬底温度越高,薄膜越易晶化,退火后薄膜奥氏体相转变温度As越低.薄膜的表面有TiO₂氧化层形成,氧化层阻止了Ni原子渗出;膜与基片的界面存在Ti₂O₃和NiO.由于表面和界面氧化层的存在,不同厚度的薄膜内层的厚度也不同,因而薄膜越薄,Ni原子的含量就越高.Ni原子的含量的不同会影响薄膜的相变温度. 关键词： NiTi合金薄膜 X射线衍射 相变 X射线光电子能谱     

以表面等离子体为媒介的ZnO薄膜发光增强特性研究

采用两步法制备Si基Ag/ZnO双层结构薄膜,研究了Ag覆盖层的厚度和生长温度T对ZnO近带边发光强度的影响.对于厚度为100 nm的ZnO薄膜,发现Ag覆盖层的最佳厚度仅为8 nm,此时双层薄膜相对于单层ZnO薄膜的发光增强因子η达到最大值8.1;同时还发现,在最佳Ag层厚度下,生长温度T≥300 ℃时生长Ag所获Ag/ZnO双层薄膜的ZnO发光强度比生长温度T≤200 ℃时生长的双层薄膜样品大一倍以上,η ≈ 18.结合对双层薄膜表 关键词： 表面等离子体共振 复合薄膜     

双层有机EL器件ITO/PPV/Alq3/Al发光稳定性的研究

制备了一组由PPV和Alq3组成的双层有机EL器件ITO/PPV/Alq3/Al;比较了两个发光层厚度不同时器件发光性能的差异.测试和分析了温度、真空度、工作电压和存放时间对器件衰减规律的影响.