溶液法铝诱导晶化多晶硅薄膜

介绍了一种基于溶液的廉价制备Al诱导晶化多晶硅薄膜的方法. 先以低压化学气相沉积(LPCVD)方法制备50 nm厚的非晶硅(amorphous silicon, a-Si)薄膜作为前驱物, 通过旋涂的方法, 将含有Al的盐溶液涂覆在a-Si薄膜表面, 550-620 ℃下氮气氛围退火若干小时得到多晶硅薄膜. 文中针对化学诱导源的种类、前驱物表面状况对晶化效果的影响进行了研究. 发现只有反应生成物中含有偏铝酸根(AlO-2)的碱性溶液才能发生诱导晶化, 而若Al溶液浓度过低, 则不能得到连续的多晶硅薄膜. a-Si表面若附有薄氧化层会有利于Al盐溶液在表面上的粘附以及得到大尺寸的晶粒, 然而又会增高退火晶化所需要的温度. 同时溶液在薄膜表面的粘附状况还会受到溶液中存在的其它离子的影响. 因此必须选用合适的实验条件.     

ZnO纳米棒薄膜的湿化学法制备及光致发光特性

在80 ℃水浴下, 采用简易的湿化学法在不导电玻璃基底上制备了ZnO纳米棒阵列, 利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FE-SEM)对样品的结构形貌进行了表征. 结果表明, 晶化30 min所得产物为六方纤锌矿相的ZnO纳米棒, 直径大约为80~90 nm. 为了分析不同的低温退火温度和退火气氛对其光致发光性能的影响, 研究了ZnO纳米棒薄膜在不同的后处理条件下的光致发光谱(PL). 实验结果表明, 在O₂气氛下于450 ℃退火1 h后, ZnO纳米棒薄膜的红光发射(约650 nm)强度相对在空气和5%H₂/95%N₂气氛下退火的样品变得更强, 而且该样品的激发波长范围(200~370 nm)与近紫外发光二极管(LEDs)的发射波长范围(350~420 nm)匹配得很好.     

高钐含量SmCo磁记录薄膜材料的研究

SmCo合金具有极高的单轴磁晶各向异性,成为未来高密度磁记录介质的候选材料之一.本文采用磁控溅射方法,在玻璃基片上制备了Cr(100nm)/SmCo(50 nm)/Cr(20 nm)结构的Smco薄膜,SmCo层中Sm含量为35%(原子分数).利用综合物性测试系统(PPMS)和X射线衍射(XRD)对薄膜的磁性能和晶体学结构进行了测试.结果表明,通过550℃退火20 min可以获得很好的硬磁性能,矫顽力R.达到了3183kA·m-1,XRD结果表明薄膜中同时存在磁性相SmCo5和非磁性相SmCo2等.高Sm古量的SmCo薄膜在退火温度为450℃时开始晶化,退火温度达到550℃时,晶化进行的比较完全.     

掺硼p型非晶硅薄膜的制备及光学性能的表征

以高氢稀释的硅烷(SiH₄ )为反应气体,硼烷(B₂H₆)为掺杂气体,利用RF-PECVD方法,在玻璃衬底上制备出掺硼的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜,研究了硼掺杂量对氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜的光学性能的影响.利用NKD-7000 W光学薄膜分析系统测试薄膜的透射谱和反射谱,并利用该系统的软件拟合得出薄膜的折射率、消光系数、吸收系数等光学性能参数,利用Tauc法计算掺硼的非晶硅薄膜的光学带隙.实验结果表明,随着硼掺杂量的增加,掺杂非晶硅薄膜样品在同一波长处的折射率先增大后减小,而且每一样品均随着入射光波长的增加而减小,在波长500 nm处的折射率均达到4.3以上;薄膜的消光系数和吸收系数随着硼掺杂量的增大而增大,在500 nm处的吸收系数可高达1.5×10⁵cm^-1.在实验的硼掺杂范围内,光学带隙从1.81 eV变化到1.71 eV.     

非晶态半导体中的分形结构

非晶态半导体硅(α-Si:H)薄膜作为新型的光电子材料,近年来备受关注,发展迅速。但其晶化机理有待深入探索。用分形理论所作的分析表明,在一定条件下,a-Si:H薄膜中形成的微结构具有分形性质。本文计算了分维值,讨论了a-Si:H薄膜结构弛豫(相变)与分形结构形成的关联,和非晶硅薄膜可能的晶化机理。并研究了在高真空中用透射电子显微镜(TEM)及动态方法跟踪观测a-Si:H薄膜原位(in situ)退火过程中发生的晶化现象,获得晶化形貌的显微图像。利用图像处理技术对显微像进行光电转换,A/D转换和数字计算,得到a-Si:H薄膜样品在不同退火条件下,显微象的Sandbox关系曲线。从而获得薄膜中形成不同分形结构的分维。文中给出应用分形理论对非晶态半导体薄膜进行分析的技术细节。     

荧光素掺杂的溶胶凝胶SiO2/甲基硅油复合薄膜的制备和光谱特性

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了掺杂荧光素(FL)的SiO₂/甲基硅油(MSO)复合薄膜,并且测定了这种薄膜的光谱特性.实验表明,荧光素掺杂的SiO₂薄膜在350nm~450nm波长范围内激发,在520nm附近有最强的荧光发射峰;与常规SiO₂膜相比较,SiO₂/甲基硅油(MSO)复合薄膜的荧光发射强度可增加50%;在70℃下的加速老化实验表明,常规SiO₂薄膜20天后开始出现严重的荧光猝灭现象,而复合膜放置一个月后荧光强度仅下降了15%.     

铝基板的界面扩散对薄膜型TiO2光催化活性的影响

以钛酸四丁酯为前驱体, 采用溶胶-凝胶法在铝基板表面制备了纳米晶TiO2薄膜. 运用XRD、SEM和XPS对制得的薄膜进行表征, 并测试了薄膜光催化降解亚甲基蓝(MB)的活性. 结果表明, TiO2薄膜样品在450 ℃焙烧30 min后, 晶粒排列比较致密, 粒径为10-20 nm, 并与铝基板紧密结合; 薄膜与铝基板发生了明显的界面扩散, 薄膜中的Al元素来自铝基板的界面扩散, 且界面层很宽, 扩散层厚度约为75 nm; 界面扩散的发生直接导致了TiO2薄膜的光催化活性下降. 但随着薄膜厚度增加, 铝基板对TiO2薄膜降解亚甲基蓝催化活性的影响不断减小.     

磷酸铁纳米薄膜复合光波导氨气传感元件的制备

将硝酸铁和甲醇、磷酸溶液按一定比例混合后,通过旋涂法制备了磷酸铁（FePO₄）纳米薄膜,测定了匀胶机转速对膜厚及烘干温度对膜厚和折射率的影响,并发现薄膜的烘干温度超过150 ℃时,薄膜的厚度（130 nm）和折射率(1.7)变化不大。将该薄膜固定在钾离子交换玻璃光波导表面,研制出FePO₄膜/K⁺交换玻璃复合光波导。酸碱指示剂溴百里酚兰（BTB）作为敏感试剂,固定在复合光波导表面,研制了BTB膜-FePO₄膜/K⁺交换玻璃复合光波导氨气传感元件。采用自装的光波导气体传感检测系统对不同浓度的氨气进行了检测。结果表明,该传感元件能够检测0.35 mg/m³浓度的氨气,并具有响应（10 s）及恢复（90 s）速度快、可逆性好、连续使用等特点。     

电沉积三维多孔Pt/SnO2薄膜及其对甲醇的电催化氧化

在高电流密度下以阴极析出的氢气泡为“模板”电沉积三维多孔Sn薄膜, 经在200 ℃ 2 h和400 ℃ 2 h热处理氧化后电沉积金属Pt, 制得三维多孔的Pt/SnO₂ (3D-Pt/SnO₂)薄膜. 通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了薄膜的形貌和结构. 结果显示Pt主要沉积在SnO₂枝晶上, 形成Pt_shell/SnO_2core结构的枝晶. 在0.5 mol•dm^－3 H₂SO₄＋1.0 mol•dm^－3 CH₃OH溶液中的循环伏安结果表明, 3D-Pt/SnO₂薄膜电极在酸性溶液中电催化氧化甲醇的性能优于电沉积的纯铂电极, 而且具有较高的稳定性.     

一种在室温合成具有宽带隙CdS的简单方法

采用简单的磁控溅射方法, 在室温合成了CdS多晶薄膜. 在溅射CdS多晶薄膜过程中, 分别在Ar 气中通入0%、0.88%、1.78%、2.58%和3.40% (体积分数, φ)的O₂, 得到不同O含量的CdS多晶薄膜. 通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见光谱仪对得到的CdS多晶薄膜进行表征.分析结果表明: O的掺入能得到结合更加致密, 晶粒尺寸更小的CdS多晶薄膜; 与溅射气体中没有O₂时制备的CdS多晶薄膜的光学带隙(2.48 eV)相比, 当溅射气体中O₂的含量为0.88%和1.78% (φ)时, 制备得到的CdS多晶薄膜具有更大的光学带隙, 分别为2.60和2.65 eV; 而当溅射气体中O₂的含量为2.58%和3.40% (φ)时, 得到的CdS光学带隙分别为2.50 和2.49 eV, 与没有掺杂O的CdS的光学带隙(2.48 eV)相当; 当溅射气体中O₂的含量为0.88% (φ)时, 制备的CdS多晶薄膜具有最好的结晶质量. 通过磁控溅射方法, 在溅射气体中O₂含量为0.88% (φ)条件下制备的CdS多晶薄膜表面沉积了CdTe 多晶薄膜并在CdCl₂气氛中进行了高温退火处理, 对退火前后的CdTe多晶薄膜进行了表征. 表征结果显示: CdS中掺入O能得到结合更紧密、退火后晶粒尺寸更大的CdTe多晶薄膜. 通过磁控溅射方法, 在CdS制备过程中于Ar 中掺入O₂, 在室温就能得到具有更大光学带隙的CdS多晶薄膜, 该方法是一种简单和有效的方法, 非常适用于大规模工业化生产.     

纳米二氧化钒薄膜的制备及红外光学性能

采用双离子束溅射方法在Si3N4/SiO2/Si基底表面沉积氧化钒薄膜, 在氮气气氛下热处理获得二氧化钒薄膜. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了热处理温度对氧化钒薄膜晶体结构、表面形貌和组分的影响, 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对二氧化钒薄膜的红外透射性能进行了测试分析. 结果表明, 所制备的氧化钒薄膜以非晶态V2O5和四方金红石结构VO2为主, 经400 ℃、2 h热处理后获得了(011)择优取向的单斜金红石结构纳米VO2薄膜, 提高热处理温度至450 ℃, 纳米结构VO2薄膜的晶粒尺寸减小. FT-IR结果显示,纳米VO2薄膜透射率对比因子超过0.99, 高温关闭状态下透射率接近0. 小晶粒尺寸纳米VO2薄膜更适合在热光开关器件领域应用.     

Structure and dielectric properties of HfO<Subscript>2</Subscript> films prepared by a sol–gel route

Mono- and multilayer HfO₂ sol–gel thin films have been deposited on silicon wafers by dip-coating technique using a solution based on hafnium ethoxide as precursor. The densification/crystallization process was achieved by classical annealing between 400 and 600 °C for 0.5 h (after drying at 100 °C). Systematic TEM studies were performed to observe the evolution of the thin film structure depending on the annealing temperature. The overall density of the films was determined from RBS spectrometry correlated with cross section (XTEM) thickness measurements. After annealing at 450 °C the films are amorphous with a nanoporous structure showing also some incipient crystallization. After annealing at 550 °C the films are totally crystallized. The HfO₂ grains grow in colonies having the same crystalline orientation with respect to the film plane, including faceted nanopores. During annealing a nanometric SiO₂ layer is formed at the interface with the silicon substrate; the thickness of this layer increases with the annealing temperature. Capacitive measurements allowed determining the value of the dielectric constant as 25 for four layer films, i.e. very close to the value for the bulk material.     

聚3-羟基丁酸酯薄膜结晶的ATR-FTIR研究

使用匀胶机(spincoater),通过溶液铸膜的方法,在铝箔基板上制备出具有不同厚度的聚3羟基丁酸酯(PHB)薄膜.20℃室温条件下,通过衰减全反射傅立叶红外光谱(ATRFTIR)原位观测了不同厚度薄膜的结晶过程,并通过偏光ATRFTIR对薄膜中PHB分子的取向进行了研究.ATRFTIR原位观测结果显示,PHB在薄膜中的结晶速率以及结晶度均随着薄膜厚度的减小而逐渐降低;同时,偏光ATRFTIR测试结果表明,随膜厚减小,薄膜中结晶部分的PHB分子逐渐倾向于沿垂直于基板表面方向取向,膜越薄,倾向越明显.可以认为,PHB分子与基板间的相互作用以及扩散控制结晶导致了上述现象的产生.     

Ga掺杂纳米TiO2薄膜的制备及其光电特性

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了Ga掺杂的TiO₂薄膜,并在真空中于550 ℃下进行了2 h的退火处理。采用XRD、SEM、UV-Vis和PL光谱对薄膜进行了表征。XRD结果提示,在溅射功率为200 W,室温下制备的TiO₂薄膜具有混晶结构,且退火后的晶粒有长大的趋势。SEM分析表明,掺Ga薄膜的颗粒分布得较为均匀并存在尺寸变小的趋势,且出现有利于提高光催化性能的岛状结构,其平均颗粒尺寸为50 nm。UV-Vis透过谱指出,掺Ga后的TiO₂薄膜吸收边发生了明显红移,且退火后进一步红移了10~50 nm。通过接触角的测量与计算可知,550 ℃退火2 h后的薄膜具有良好的亲水性。光催化降解结果表明：样品具有较强的光催化能力。当用低功率(15 W)紫外灯照射8 h后,Ga掺杂的纳米TiO₂薄膜样品对亚甲基蓝溶液的降解率最高可达到71.8%。     

AFM研究PCL薄膜的结晶形态

利用原子力显微镜 (AFM)详细研究了聚己内酯 (PCL)超薄膜及其在特殊限制环境下的结晶形态 .AFM的观察表明 ,PCL在石英基板上的结晶形态呈现典型的球晶及比较少见的树枝状晶两种形态 .认为主要是超薄膜结晶过程中由于几何受限及基板吸附导致分子链扩散移动速度大大降低 ,由此形成的扩散控制结晶过程从而导致最终形成树枝状的分形结构 .将聚合物限制在间距为 10 μm的凹槽内 ,发现PCL的结晶有比较规整的排列 ,而且沿着凹槽的方向结晶排列取向优先 .当在凹槽两侧铝条上施加强电场后 ,发现在静电场作用下 ,PCL的结晶取向生长方向发生改变 ,沿着电场方向排列生长的结晶增多     

聚(ε-己内酯)薄膜结晶形貌及分子取向研究

用匀胶机通过溶液铸膜方法在硅片和铝箔基板上分别制备具有不同厚度的聚(ε-己内酯)(PCL)薄膜. 通过原子力显微镜(AFM)和偏光衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FTIR)对薄膜中PCL的结晶形貌、 片晶生长方式及分子链取向进行了研究. AFM结果表明, 在200 nm或更厚的薄膜中, PCL主要以侧立(edge-on)片晶的方式生长; 对于厚度小于200 nm的薄膜, PCL片晶更倾向于以平躺(flat-on)的方式生长. 这种片晶生长方式的改变在硅片和铝箔基板上都表现出同样的倾向. 此外, 在15 nm或更薄的薄膜中, PCL结晶由通常的球晶结构变为树枝状晶体. 偏光ATR-FTIR结果表明, 当膜厚小于200 nm时, 薄膜结晶中PCL分子链沿垂直于基板表面方向取向, 并且膜越薄, 取向程度越高, 与AFM的观测结果一致.     

Quantitative Analysis of Thin Aluminium-Oxynitride Films by EPMA

 Thin films of aluminium oxynitride with diverse composition were prepared by dc-magnetron sputtering of aluminium, utilising sputtering power as well as argon, oxygen and nitrogen gas flows to vary the composition. Since film properties depend mainly on the content of incorporated oxygen and nitrogen, a method for quantitative analysis of the main constituents based on electron probe micro analysis with energy dispersive detection was developed. The excellent precision of the quantitative results for aluminium as well as oxygen and nitrogen are shown. Furthermore, a film layer analysis program was applied for the quantification of several films deposited under the same deposition parameters on silicon wafers, from 520 nm down to 40 nm thickness, showing that electron probe micro analysis with energy dispersive detection is a reliable method for quantitative compositional analysis of thin aluminium oxynitride films down to approximately 20 nm thickness. Since this method of analysis provides only bulk information, expected inhomogeneities of the depth distribution of the film components were checked by secondary ion mass spectrometry depth profiles of two thin films and correlated to the EPMA results. The thickness of the films was determined by ellipsometry. Received September 1, 1998     

Positron/positronium annihilation in nanocrystalline silicon thin films

Positron and positronium annihilation investigations were applied to nanocrystalline silicon (nc-Si) thin films, for the first time. The nc-Si thin films with average grain diameters of 3–5 nm show intense blue luminescence at room temperature. The nanometer-sized Si crystallites formed in amorphous Si (a-Si) matrix give rise to this luminescence. Very highS-parameters up to 0.62 were observed in the as-grown a-Si thin film suggesting positronium formation in the a-Si layer. The average lifetime of the positrons in the a-Si was determined to be about 520 ps. TheS-parameters dropped significantly to 0.53 by crystallization of the thin film at 800 °C for 10 seconds, which was almost the same to the value observed in bulk Si (100) substrate. Further crystallization from 60 seconds to 1 hour showed smaller change in theS-parameters than that from the a-Si to 10 seconds. The large change in theS-parameters due to the annealing might be caused by the formation of Si nanocrystallites in a-Si matrix suggesting that positron is a sensitive probe for structural investigations of the nc-Si materials.     

Microstructure analysis of sol‐gel‐derived nanocrystalline ITO thin films

The technique for ITO (Tin‐doped indium oxide) thin films by sol‐gel process is presented in this paper. After annealing at 500° for 15 min, ITO gel films get transformed into nanocrystallined indium tin oxide films. We studied the microstructure of ITO thin film which is closely related to optical and electrical properties. The microstructure of ITO thin film can be observed through high‐resolution transmission electronic spectroscopy (HRTEM) and the Fast Fourier Transform (FFT) technique. The film is nanocrystallite with grain sizes about 20 nm. Also, the surface chemical components were studied by XPS spectra. The transmission and the resistivity of ITO films is 97.0% and 3.5 × 10^?3 Ω?cm, respectively. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.