红外吸收光谱法研究磁控溅射沉积SiOx非晶薄膜的过程

利用磁控溅射技术,在单晶Si衬底上生长了SiOx非晶薄膜.傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)显示,SiOx非晶薄膜存在3个吸收谱带.研究发现,随着溅射功率的提高,薄膜中先后形成Si-Oy-Si4-y(0＜y≤4),Si6环以及无桥氧空位中心(NBOHC)缺陷等结构,这几种结构对应的Si-O-Si键的伸缩振动吸收、非对称伸缩振动吸收以及O-Si-O键的振动吸收是导致薄膜的FTIR光谱出现3个吸收谱带的根本原因.     

非晶SiO_xN_y薄膜的红外吸收光谱研究

通过改变O和N含量研究了SiOxNy 薄膜中从 6 0 0到 16 0 0cm- 1 范围内的红外吸收谱特征。结果表明 ,起源于单一Si—O、Si—N键的吸收峰在 110 5和 86 5cm- 1 处 ;而随着薄膜中O或N含量的升高 ,位于单一键吸收峰的两侧出现因O—Si—O、N—Si—N的对称和反对称键吸收的左右肩 ;对O—Si—N ,其特征吸收峰位于 10 36和 85 6cm- 1 处。     

Si6N2团簇结构与性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G(d)的水平上对Si6N2团簇的可能结构进行了几何结构优化和电子结构计算,得到了16个可能的异构体.Si6N2团簇的最稳定结构是有4个Si-N键和4个Si-Si键的三维结构.自然键轨道方法分析成键性质的结果表明,Si-N键中Si原子向N原子有较大的电荷转移,因此Si-N原子间有较强的电相互作用;最强的IR和Raman谱峰分别位于1359.14cm-1和1366.29cm-1处;并计算了Si6N2团簇的最稳定结构的极化率和超极化率.     

沉积参数对SiNx薄膜结构及阻透性能的影响

利用直流脉冲磁控溅射法在室温下制备无氢SiNx,薄膜.通过傅里叶变换红外光谱、台阶仪、紫外一可见分光光度计、接触角测量仪、透湿测试仪等表征技术,分析了N2流量、Si靶溅射功率等实验参数对SiNx薄膜成分、结构、及阻透性能、透光性能、接触角等性能的影响.研究结果表明,Si靶溅射功率固定时,在低N2流量条件下,或N2流量固定时,在高Si靶溅射功率条件下,制备的SiN,薄膜中Si-N键含量高,结构致密,薄膜对H2O的阻透性能优良,随着N2流量的增加或者Si靶溅射功率的降低,SiNx,薄膜成分、结构发生变化,红外光谱发生偏移,其对H2O的阻透性能下降.在N2流量为6 sccm,Si靶溅射功率为300 W时制备的SiN,薄膜在可见光波段透过率超过97.5%,对H2O的接触角为30,同时其对H2O的渗透系数最低,为0.764,综合性能满足柔性有机电致发光器件封装用阻透膜的要求,因此SiNx薄膜有望成为新一代柔性有机电致发光器件封装用阻透材料.     

Si_4N_4团簇结构与性质的密度泛函理论研究(英文)

用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G(d)的水平上对Si4N4团簇的可能结构进行了几何结构优化和电子结构计算,得到了可能的17个异构体.Si4N4团簇的最稳定结构是有8个Si-N键的平面结构.用自然键轨道(NBO)方法分析了成键性质.计算结果表明,Si-N键中Si原子向N原子有较大的电荷转移,因此Si-N原子间有较强的电相互作用;最强的IR和Raman谱峰分别位于1387.64cm-1和1415.05cm-1处;并计算了Si4N4团簇的最稳定结构的极化率和超极化率.     

用于微测辐射热计氮化硅薄膜特性与结构研究

氮化硅(SiNx∶H)薄膜通常用作微测辐射热计焦平面阵列的支撑层、绝缘或隔热层。通过射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD)制备了富硅型(0.80≤x≤1.16)氮化硅薄膜,利用X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外透射光谱(FTIR)分析了薄膜的微观结构。发现薄膜内部保存了Si3N4基本结构单元,除此之外,波数位于790,820和950 cm-1的Si-N键的伸缩振动峰分别对应为Si3-Si-N,N2-Si-H2,及H-Si-N3结构单元;运用曲率方法测量了不同硅烷(SiH4)流量条件下制备的氮化硅薄膜样品的残余应力,发现薄膜应力一般表现为张应力,但随着硅烷流量的增大,薄膜的张应力减小。理论分析发现,H-Si-N3结构单元使薄膜呈现张应力,而Si3-Si-N结构单元以及Si-Si键相对地表现为压应力。因此,通过优化制备工艺,获取理想的薄膜微观结构,能更理性地调控薄膜的残余应力。     

磁控溅射功率对β-Ga2O3薄膜特性的影响

近年来,第三代宽禁带半导体材料β-Ga₂O₃受到越来越多的关注,在材料制备、掺杂、刻蚀等方面都有广泛研究.射频磁控溅射是常用的β-Ga₂O₃薄膜制备方法之一,而磁控溅射法制膜往往需要进行退火处理以提高薄膜质量.本文研究溅射功率对射频磁控溅射在C面蓝宝石基底上制备得到的β-Ga₂O₃薄膜特性的影响. X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)表征结果表明,随着溅射功率的增大,半峰宽呈现先增大后减小再增大的趋势,晶粒尺寸变化与之相反.此外,通过积分球式分光光度计,研究了溅射功率对β-Ga₂O₃薄膜光学特性的影响.光学特性方面,薄膜吸光度随着波长的增加,先升高后下降、再升高再下降,最后吸收边在700 nm附近截止,不同溅射功率制备的薄膜吸收光谱都存在两个吸收峰.     

非晶SiOxNy薄膜的红外吸收光谱研究

通过改变O和N含量研究SiOxNy薄膜中从600到1600cm^-1范围内的红外吸收光谱特征。结果表明,起源于单－Si-O、Si-N键的吸收峰在1105和865cm^-1处;而随着薄膜中O或N含量的升高,位于单一键吸收峰的两侧出现因O-Si-O、N-Si-N的对称和反对键吸收的左右肩;对O－Si-N,其特征吸收峰位于1036和856cm^-1处。     

高k介质栅材料电子辐照下的红外研究

本文研究了SiO_2/Si、SiNX/Si、Al_2O_3/Si这三种具有不同介电常数(k)栅介质材料结构在1.7 MeV电子辐照前后的傅里叶红外光谱。随着辐照剂量的增大,三种结构的吸收峰强度均随之减小,其振动模式受到影响。电子辐照SiO_2/Si结构后,振动吸收峰随着辐照剂量的增大,由Si-O-Si、Si-O键引起的伸缩振动吸收峰的位置向低波数移动。电子辐照SiNX/Si结构后,由Si-N键、Si-O键引起的伸缩振动吸收峰的位置向高波数移动。电子辐照Al_2O_3/Si结构后,由Al_2O_3的晶格振动,Al-O-Al键引起的伸缩振动吸收峰的位置向高波数移动。吸收峰的变化为电子辐照不同介质材料引入的缺陷提供了新的信息。     

高速率沉积磁控溅射技术制备Ge点的退火生长研究

采用磁控溅射技术在Si衬底上以350?C沉积14 nm的非晶Ge薄膜,通过退火改变系统生长热能,实现了低维Ge/Si点的生长.利用原子力显微镜(AFM)和拉曼(Raman)光谱所获得的形貌和声子振动信息,对Ge点的形成机理和演变规律进行了研究.实验结果表明:在675?C退火30 min后,非晶Ge薄膜转变为密度高达8.5×109cm-2的Ge点.通过Ostwald熟化理论、表面扩散模型和对激活能的计算,很好地解释了退火过程中,Ge原子在Si表面迁移、最终形成纳米点的行为.研究结果表明用高速沉积磁控溅射配合热退火制备Ge/Si纳米点的方法,可为自组织量子点生长实验提供一定的理论支撑.     

宝石级钠沸石的振动光谱表征

国际珠宝交易市场上最近出现了一批价值不菲的无色透明的宝石级钠沸石刻面成品,为提供快速区分其与仿制品材料的依据,文章通过红外光谱和拉曼光谱对三颗钠沸石样品的振动光谱进行了研究。结果表明, 其红外光谱主要表现为：4 000～1 200 cm-1的吸收峰是结构中水导致的吸收;1 200～600 cm-1 的强吸收与TO₄四面体的内部T—O(T为Si或Al)的反对称和对称伸缩振动有关。拉曼光谱散射峰主要分布在300～600和700～1 200 cm-1两个区间。300～360 cm-1处较弱强度的拉曼散射峰是由于结构中水分子所导致。482 cm-1处中等强度的峰归属于硅氧四面体内部由于变形导致的拉曼位移。726 cm-1处的拉曼散射峰归属于Al—O的伸缩振动;974,1 038,1 084 cm-1的三处拉曼散射峰都是Si—O的伸缩振动导致的拉曼位移。     

新疆于田和田玉的谱学特征及产地特征研究

新疆是世界重要和田玉产地之一,其中于田产和田玉又为优质山料的代表。研究对来自新疆于田县哈尼拉克、阿拉玛斯、赛迪库拉木、齐哈库勒四个矿点的48块和田玉样品进行谱学特征及化学成分分析,采用常规宝石学测试、傅里叶红外光谱、激光拉曼光谱以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱等现代谱学仪器测试。结果表明,新疆于田和田玉样品颜色呈青色、青白色、青黄色、黄白色、灰白色特征,样品呈典型油脂—玻璃光泽,不透明—半透明,为多晶质集合体,折射率在1.61～1.62范围,相对密度范围为2.95～2.99。新疆于田和田玉样品的红外光谱显示了900～1 200和400～760 cm-1范围内透闪石的特征吸收谱带。O—Si—O反伸缩振动、对称伸缩振动显示为位于1 143,1 096,1 040,995和925 cm-1处的峰,Si—O—Si对称伸缩振动显示为位于763和689 cm-1处的峰,而538,512,465和420 cm-1处的峰与Si—O弯曲振动、M—O的晶格振动及OH平动有关。新疆于田和田玉的拉曼光谱符合透闪石谱学特征,其中120,175,220,365和389 cm-1处是晶格振动峰值,670 cm-1峰值代表了闪石类矿物的Si—O—Si伸缩振动,931,1 029和1 060 cm-1是由于Si—O伸缩振动,3 672和3 680 cm-1属于M—OH伸缩振动。新疆于田和田玉的主要成分为MgO,CaO和SiO₂,稀土元素特征显示为δCe值为0.068～3.902,平均值1.064;δEu值为0～8.832,平均值0.343,具有负Eu异常;LREE/HREE为0.010～3.369,平均值0.682。ΣREE值为0.407～18.768,平均值3.138。利用微量元素特征和稀土元素特征可从化学成分方面将新疆于田和田玉与韩国春川、新疆且末、青海三岔河等其他代表性产地的和田玉进行区分。新疆于田和田玉的谱学特征及成分信息丰富了和田玉产地信息数据,为进一步研究提供参考,未来可以根据宝石学特征、谱学特征和稀土元素、微量元素特征提取各产地和田玉的产地信息,结合和田玉成矿地质条件背景,使和田玉产地精细溯源至每个矿点矿脉成为可能。     

一种“冻地”鸡血石相似玉石的宝石学及谱学研究

研究对象是一种与“冻地”鸡血石外观高度相似的玉石,该种玉石半透明“地”中含有橙红色矿物。利用X射线粉晶衍射仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪对该玉石的宝石学及谱学特征进行研究。结果表明：该玉石“地”的主要组成矿物为有序度较高的地开石、橙红色矿物为雄黄;地开石晶体为自形假六边形片状,约15～20 μm,厚2～4 μm,粒径均一且形态一致,集合体在三维空间无序排列;部分样品“地”中含有少量黄铁矿、萤石、石英、方解石等矿物。“地”的红外光谱指纹区具有高岭石族矿物的主要特征峰,分别位于430,470,540,698,755,795,913,937,1 002,1 034和1 118 cm-1;官能团区以3 622,3 653和3 706 cm-1处的吸收峰为特征,3 622 cm-1吸收峰由内羟基OH1的面内伸缩振动引起,3 653 cm-1归属于内表面羟基OH2和OH4的同相伸缩振动;从高频峰到低频峰强度依次增大,且内表面羟基OH3伸缩振动引起的吸收峰位于3 706 cm-1,表明“地”为有序地开石;拉曼光谱测试表明“血”为雄黄,具有186,222,235,273,346和355 cm-1的特征拉曼位移,其中186和222 cm-1归属于S-As-S的弯曲振动,346和355 cm-1由As-S的伸缩振动引起;拉曼光谱同样可用于“地”的矿物组成研究,低频区具有133,241,266,336,436,463,747,792和914 cm-1的高岭石族矿物的特征位移,高频区可见三个与红外光谱相似的阶梯状谱峰,3 624 cm-1强度最大,归属于OH1的伸缩振动,次强峰3 646 cm-1由OH2和OH4的同相伸缩振动引起,归属于OH3的伸缩振动峰强度最小且位于3 706 cm-1,高频区拉曼位移特点指示“地”为地开石,且有序度较高,与红外光谱测试结论一致。尽管研究样品的“地”与“冻地”鸡血石的主要组成矿物相同,为地开石,且具有外观细腻、温润等特点,但其“血”并非辰砂而是雄黄,所以不应与鸡血石混淆,其正确的珠宝玉石名称应为“粘土矿物质玉”。     

FTIR法研究BCN薄膜的内应力

采用射频磁控溅射技术,用六角氮化硼和石墨为溅射靶,以氩气(Ar)和氮气(N₂)为工作气体,在Si(100)衬底上制备出硼碳氮(BCN)薄膜。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)考察了不同沉积参数(溅射功率为80～130 W、衬底温度为300～500 ℃、沉积时间为1～4 h)条件下制备的薄膜样品。实验结果表明,所制备薄膜均实现了原子级化合。并且沉积参数对BCN薄膜的生长和内应力有很大影响,适当改变沉积参数能有效释放BCN薄膜的内应力。在固定其他条件只改变一个沉积参数的情况下,得到制备具有较小内应力的硼碳氮薄膜的最佳沉积条件：溅射功率为80 W、衬底温度为400 ℃、沉积时间为2 h。     

射频溅射法制备3C-SiC和4H-SiC薄膜

利用射频溅射法在Si衬底上制备了SiC薄膜，并利用x射线衍射（XRD）和红外（IR）吸收谱对薄膜的结构、成分及化学键合状态进行了分析.XRD结果表明，低温制备的SiC薄膜为非晶相，而在高温下（＞800℃），薄膜呈现4HSiC和3CSiC结晶相.IR谱显示，溅射制备薄膜的吸收特性主要为Si—C键的吸收.此外，还利用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行了研究，并研究了样品的场发射特性. 关键词： 射频溅射 SiC薄膜 结构 表面形貌 场发射     

马达加斯加黄色方柱石的谱学特征研究

利用常规宝石学仪器、电子探针、傅里叶变换红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计和三维荧光光谱仪等,对马达加斯加黄色方柱石的宝石学性质及谱学特征进行了研究分析。马达加斯加方柱石的宝石学特征与方柱石理论值基本一致;方柱石样品颜色均匀,具有玻璃光泽,原石晶型较为完好且表面普遍可见纵纹及褐红色杂质,部分样品表面可见晕彩效应,样品内部可见多种包裹体,如黑云母、无色晶体包裹体等。红外光谱分析结果表明,样品在指纹区均显示1 039, 1 105和1 196 cm^-1处Si(Al)—O伸缩振动吸收峰;752 cm^-1处Si—Si(Al)伸缩振动吸收峰;551, 687和624 cm^-1处O—Si (Al)—O弯曲振动吸收峰;459 cm^-1处Si—O—Si的弯曲振动与Na(Ca)—O伸缩振动的耦合吸收峰;416 cm^-1处Si—O—Si弯曲振动吸收峰。红外光谱官能团区的诊断性鉴定依据为：3 530和3 592 cm^-1处O—H振动引起的吸收峰;2 499, 2 ...     

光谱学研究硅烷钒锆复合钝化膜的结构和成膜机理

在热镀锌钢板表面制备了硅烷钒锆复合钝化膜。用X射线光电子能谱(XPS)、射频辉光放电发射光谱(rf-GD-OES)和傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)表征了钝化膜的组成结构,分析了硅烷钒锆复合钝化膜的成膜机理。结果表明：硅烷之间互联构成了硅烷钒锆复合钝化膜的主成膜成分,无机缓蚀剂均匀分布在膜层中。钝化膜表面Si2p的XPS窄幅扫描谱100.7 eV处的拟合峰和红外光谱在波数1 100 cm-1 Si—O吸收峰变宽加强,表明硅烷以Si—O—Zn键的形式化学吸附在锌的表面,硅烷分子之间通过Si—O—Si键相互交联;红外光谱中1 650和1 560 cm-1的两个酰胺特征峰,结合910 cm-1的环氧特征峰的消失,表明γ-GPT的环氧基团在氨基活性氢的诱导下开环和γ-APT的氨基之间发生聚合反应形成交联的空间网状结构;rf-GD-OES分析发现钝化膜0.3 μm处存在一层富氧层,钝化反应生成的ZrF₄,ZrO₂和钒盐等无机物均匀分布在钝化膜中。分析膜层组成结构和成膜前后的ATR-FTIR光谱,研究了成膜过程中发生的物理过程和化学变化,提出了硅烷钒锆复合钝化膜的成膜机理。     

非平衡磁控溅射法制备的Cr-DLC薄膜真空退火的Raman光谱研究

利用非平衡磁控溅射法制得厚度达到2.23 μm的掺铬含氢类金刚石(Cr-DLC)碳膜。采用Raman光谱和XPS对制得的薄膜进行了结构和热稳定性等表征。结果表明：室温时,薄膜在1 544 cm-1附近的Raman“G”峰归属于石墨结构中C—C键的伸缩振动,即E_2g 模式;而1 367 cm-1附近的“D”峰归属于sp2碳环的“呼吸”振动模式,即A_1g模式;计算得到薄膜sp3键的相对含量约为48at.%。加热至300 ℃,薄膜的Raman谱图与室温时相似,表明此温度段薄膜的结构稳定,未发生明显改变;至400 ℃时,I_D/I_G值迅速增大,sp2键含量升高, 表明此时DLC膜发生了明显的结构变化,开始发生石墨化。继续升温,膜中I_D/I_G比率增加,“G”峰位向高波数方向位移,表明 sp2/sp3比率逐渐增大,薄膜石墨化程度加强,sp2键的无序度逐渐降低,最终导致薄膜的摩擦系数和磨损率等逐渐增大, 热稳定性逐渐降低。退火600 ℃时,I_D/I_G值以及sp2键含量达到最大值,DLC薄膜失效。     

SiCN thin film prepared at room temperature by r.f. reactive sputtering

Silicon–carbon nitride (SiCN) thin films were deposited on Si substrate at room temperature by r.f. reactive sputtering. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), optical absorption spectra (α(λ)) and electrical conductivity (σ) were studied for the thin films. The effect of the annealing on IR and σ was investigated at different temperatures. IR analysis indicates that Si–H, C–N, Si–C, Si–N, C–N and CN bonds are present in a-SiCN:H films. A shift of the stretching mode for Si–H bond to the high-wavenumber side is observed with increasing the nitrogen flow ratio γ_N2(=N₂/(Ar+H₂+N₂+CH₄)). The shift is from 2000 to 2190 cm⁻¹ when γ_N2=13.7%. The study shows that the film structure and optical and electrical properties are obviously modified readily by controlling the process parameters of deposition. The improvement in the film properties, e.g., good thermal stability, is explained mainly in terms of the cross-linked structure between the Si, C and N atoms.