Structure Characterization of HSQ Films for Low Dielectrics Using D5 as Sacrificial Porous Materials

Low-density materials, commercially available hydrogensilsesquioxane （HSQ） offer a low dielectric constant. HSQ films can be obtained by spin on deposition （SOD）. In this work, low-dielectric-constant HSQ films are prepared by using D5 （decamethylcyclopentasiloxane） as sacrificiaJ porous materials. The dielectric constant of silica films significantly changes from 3.0 to 2.4. We report the structural aspects of the films in relation to their composition after annealed at 300℃, 400℃, and 500℃ for 1.5h in nitrogen ambient and annealed at 400℃ for 1.5h in vacuum. Si-OH appears after annealed at 400℃ for 1.5h in vacuum. The results indicate that the proper condition is in nitrogen ambient. Intensity of the Sill peak increases with the increasing temperature. Fourier transform infrared spectroscopy is used to identify the network structure and cage structure of Si-O-Si bonds and other possible bonds. Dielectric constant k is significantly lowered by annealing at 350℃ for 1.5h in nitrogen ambient. The I-V and C-V measurements are used to determine the dielectric constant, the electric resistivity and the breakdown electric field.     

脉冲高能量密度等离子体薄膜制备与材料表面改性

脉冲高能量密度等离子体是一项全新的等离子体材料表面处理和薄膜制备技术。文章主要介绍了作者近几年来在这方面的研究成果。从理论和试验上研究了脉冲高能量密度等离子体的产生机制及其物理性质，研究了脉冲等离子体与材料相互作用的基本物理现象和物理机制，诊断测量表明，脉冲等离子体具有电子温度高（10－100eV）、等离子体密度高（10^14-10^16cm^-3）、定向速度高（－10^7cm/s）、功率大（10^4W/cm^2）等特点，在制备薄膜时具有沉积速率高，薄膜与基底粘结力强，并兼有激光表面处理、电子束处理、冲击波轰击、离子注入、溅射、化学气相沉积等综合性特点，可以在室温下合成亚稳态相和其他化合物材料。在此基础上，系统地进行了脉冲等离子体薄膜制备和材料表面改性及其机理的研究，在室温下的不同材料衬底上成功的沉积了性能良好的较大颗粒立方氮化硼、碳氮化钛、氮化钛、类金刚石、氮化铝等薄膜材料，沉积薄膜和基底之间存在一个很宽的过渡层，因此导致薄膜与基底有很强的粘结力，经脉冲等离子体处理过的金属材料表面性能得到了极大改善。     

铁电移相器优值研究

基于双周期性电容加载共面波导传输线的移相器结构,系统研究了温度变化对铁电薄膜移相器移相能力、传输损耗的影响.调整温度可以在一定的范围内实现对移相器性能指标的微调.给出了加载因子对移相能力的示意曲线图,并在实验上,借助氩离子刻蚀技术,改变加载因子的大小,使得移相器的优值从原来的13degree/dB提升到23degree/dB.     

Laser Damage Mechanisms of Amorphous Ta2O5 Films at 1064, 532 and 355nm in One-on-One Regime

Ta2O5 films are deposited on fused silica substrates by conventional e-beam evaporation. Surface topography and chemical composition are examined by atomic force microscopy （AFM） and x-ray photoelectron spectroscopy （XPS）. The calculation of electron structures of Ta2O5 and Ta2O5-x is attempted using a first-principle pseudopotential method within the local density approximation. The laser-induced damage threshold （LIDT） is performed at 1064, 532 and 355 nm in 1-on-1 regime, respectively. The results show that the LIDT increases with the wavelength increasing, which is in agreement with the wavelength effect. However, the LIDT results are not consistent with the empirical equation （I（λ）=aλm）, which may be attributed to the intrinsic absorption of Ta2O5 at the wavelengths of 532 or/and 355 nm. Moreover, different damage morphologies are observed when the films are irradiated at different wavelengths. It is concluded that the laser damage at 1064 nm is the defect dominant mechanism and at 355 nm it is the intrinsic absorption dominant mechanism, whereas at 532 nm it is the combined defect and intrinsic absorption dominant mechanism.     

HfO_2单层膜的吸收和激光损伤阈值测试

薄膜吸收是降低膜层激光损伤阈值的重要原因,为了研究薄膜吸收对激光损伤阈值的影响,对HfO2单层膜在1 064 nm处的吸收及其在不同波长激光辐照下的损伤阈值进行了测试和分析。研究结果表明:薄膜的激光损伤阈值由薄膜吸收平均值(决定于薄膜中缺陷的种类和数量)和吸收均匀性(决定于薄膜中缺陷的分布)共同决定;根据HfO2单层膜在1064 nm波长处的吸收值,不但可以定性判断薄膜在1 064 nm波长,而且还可以判断在其它波长激光辐照下的抗激光损伤能力。     

基于原子力显微镜的石墨烯表面图案化摩擦调控

摩擦可调控的石墨烯作为固体润滑剂在微/纳机电系统中具有巨大的应用潜力.本文采用导电原子力显微镜对附着在Au/SiO₂/Si基底上的石墨烯进行氧化刻蚀,比较了在不同刻蚀参数下石墨烯纳米图案的摩擦性能,并且通过开尔文力显微镜分析了不同刻蚀参数对纳米图案氧化程度的影响.结果表明:施加负偏压可以在石墨烯表面制造出稳定可调的氧化点、线等纳米级图案,氧化点的直径和氧化线的宽度都随着电压的增大而增大;增加石墨烯的厚度可以提高纳米图案的连续性和均匀性.摩擦力随着针尖电压的增大而增大,这是由于电压增大了弯液面力和静电力.利用这些加工的纳米级图案可以精确地调控石墨烯表面的摩擦大小.通过导电原子力显微镜刻蚀技术实现石墨烯表面纳米摩擦特性的可控,为石墨烯在微/纳米机电系统中的摩擦行为研究和具有图案表面的纳米器件的制备提供了新的思路和方法.     

存储器用铁电薄膜及电极材料的研究

铁电体独特的自发电极化双稳性质和非线性光学性质使其在光电子器件中得到广泛应用．为了实现器件的小型化和与微电子、光电子工艺兼容，铁电薄膜已成为一个研究热点．自发电极化的大小和取向以及外电场、缺陷和铁电薄膜／电极界面与自发电极化的交互作用决定了铁电薄膜的性质和服役行为．文章以铁电存储器和光电子器件应用为背景，选择了具有重大应用前景的Bi4-xLaxTi3O12（BLT）、SrBi2Ta2O9（SBT）、PbZrxTi1-xO3（PET）和LiNbO3（LN）铁电薄膜以及相关的La（Sr，Co）O3（LSCO）和LaNiO3（LNO）等电极材料为研究对象，研究了缺陷电荷和电畴的交互作用和它们在交变外电场中的动力学行为，探明了铁电薄膜疲劳现象的物理本质；从晶格结构与缺陷的观察研究入手，探索了材料铁电性质的起源和优化材料铁电性质的途径；从铁电薄膜／电极界面结构与性质的研究入手，寻找更有效、更稳定的电极材料与结构，从而为器件应用打下了基础；在研究外电场对铁电薄膜生长机制影响的基础上，找到了利用外电场调控铁电薄膜结构的新途径，发展了新的、与半导体器件和光电子器件工艺兼容的制膜方法．     

激光诱导晶化技术制备纳米硅的研究

利用电子束蒸发技术在硅衬底上镀一层2.5μm厚的含氢非晶硅薄膜,用氩离子激光器的488nm谱线作激发光线,对a-Si-H薄膜进行辐照,使a-Si-H晶化。其拉曼散射谱和电子衍射谱的结果表明,经激光辐照后,在a-Si-H薄膜中形成纳米硅粒。