磁性隧道结Fe/MgO/Fe(001)的磁性及界面电子结构

采用分子束外延技术在GaAs(001)-4×6衬底上外延出Fe/MgO/Fe(001)单晶磁性隧道结.原位表面磁光Kerr效应(SMOKE)测量表明:当外磁场沿[-110]方向时,隧道结的SMOKE回线具有典型的双矫顽力特性.下电极Fe层的矫顽力(约为20 mT)约是上电极Fe层矫顽力(约为1 mT)的20倍.矫顽力的增强主要被归结为MgO/Fe(001)界面对下电极铁磁层的钉扎作用.自旋分辨的光电子能谱测量表明:在MgO覆盖到Fe(001)表面后,Fe(001)Fermi面的自旋极化率P由负值转变为正值.P值符号的改变被归结为MgO/Fe(001)界面电子自旋结构的改变.     

The magnetic properties and interface electronic structure for the epitaxial Fe/MgO/Fe(001) single crystal magnetic tunneling junctions

采用分子束外延技术在GaAs(001)-4×6衬底上外延出Fe/MgO/Fe(001) 单晶磁性隧道结。原位的表面磁光克尔效应（SMOKE）测量表明：当外磁场沿[1-10]方向时，隧道结的SMOKE回线具有典型的双矫顽力特性。下电极Fe层的矫顽力（~200 Oe）约是上电极Fe层矫顽力（~10 Oe）的20倍。矫顽力的增强主要被归结为MgO/Fe (001)界面对下电极铁磁层的钉扎作用。自旋分辩的光电子能谱测量表明，在MgO覆盖到Fe(001)表面后，Fe(001)费密面的自旋极化率P由负值转变为正值。P符号的改变被归结为MgO/Fe (001)界面电子自旋结构的改变。     

磁控溅射铱薄膜的表面形态与取向演变的控制优化

目的 研究磁控溅射制备金属Ir膜的过程中溅射参数对Ir膜表面微结构和晶体质量的影响,制备高质量(100)取向的外延Ir膜,为单晶金刚石的异质外延生长奠定重要基础。方法 通过磁控溅射技术在单一改变参数(溅射功率、溅射厚度)的条件下制备金属Ir膜,通过分析原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、电子背散射衍射等测试结果,研究了各条件对所制备Ir膜粗糙度、表面形貌、晶体结构和取向的影响,并通过摇摆曲线衡量真空退火对薄膜晶体质量的优化效果。结果 在(100)MgO衬底上外延生长的Ir膜具有均匀的微结构,该结构由规则且紧密的矩形颗粒排列而成。薄膜表面微结构特征尺寸随溅射功率升高而逐渐减小;当功率为45 W时,Ir(200)X射线衍射峰强度最大、半高宽最宽;而随着厚度的增大,Ir(200)X射线衍射峰的半高宽及强度均增大。经优化的Ir膜表面光滑(Ra<0.5nm)、薄膜晶体质量高(θ_FWHM<0.5°)。结论 功率、厚度和退火处理都会影响薄膜晶体质量和表面微结构尺寸,合适的功率和厚度结合退火处理能获得具有特定表面微结构的高质量Ir膜。     

Bi_(2.1)Ca_ySr_(1.9-y)CuO_(6+δ)薄膜制备及性能

利用分子束外延法在MgO(100)衬底上制备Bi2.1CaySr1.9-yCuO6+δ薄膜。薄膜的结构、外延性、化学计量比及表面形貌通过X射线衍射仪、X射线能谱仪及扫描电子显微镜表征,薄膜的R-T曲线通过标准四引线法测量。结果表明,Bi2.1CaySr1.9-yCuO6+δ薄膜具有较好的结晶性能,沿衬底[001]方向c轴外延生长,且表面平整;随Ca含量(0.2≤y≤1.0)不同,Bi2.1CaySr1.9-yCuO6+δ相的c轴长度发生变化,且薄膜显现不同的导电特性。     

iLaAlO3、MgO和SrTiO3衬底上的La0.7Sr0.3MnO3薄膜输运和光诱导特性研究

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备了La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)靶材,并采用脉冲激光沉积(PLD)的方法在LaAlO3(100)、MgO(100)和SrTiO3(100)衬底上沉积了外延薄膜,研究了衬底与薄膜之间的晶格不匹配度对LSMO薄膜输运和光诱导特性的影响.结果表明:随着晶格不匹配度(考虑符号)的增加,薄膜的相变温度升高,而电阻率和光电导△ρ值则减小.在低温金属相,光诱导致使电阻率降低;高温绝缘相光诱导则使得电阻率升高,在MgO和SrTiO3衬底上薄膜的光电导△ρ具有极大值和极小值,分析表明这一现象的出现可归结于双交换作用和极化子效应.     

Mo-CVD法制备GaAs和CdTe的特种材料研究

用Mo-CVD技术已研制了几种特种半导体材料,(1)注氧GaAs衬底上生长GaAs:根据注氧剂量的不同,已获得各种结晶的GaAs外延层。这种材料将在选择外延中起重要作用;(2)Mo/Si衬底上生长GaAs:由于面积大,价格低和结晶性能较好,GaAs/Mo/Si材料可能成为有前途的太阳电池材料;(3)在GaAs衬底上生长CdTe:CdTe/GaAs是一种复合材料,它有望代替CdTe单晶成为HgCdTe外延的代用衬底。这三种材料的电性和结晶性能已用C-V,I-V,S.E.M和电子衍射以及用X射线能谱进行了研究和测量。     

衬底温度对Fe-N薄膜结构、形貌及磁性能的影响

采用直流磁控溅射方法,以Ar和N2作为放电气体,在单晶Si(100)衬底上沉积了Fe-N薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)和超导量子干涉仪(SQUIDS)对所制备的样品进行了结构、成分、形貌和磁性能分析,研究了衬底温度对薄膜的结构、形貌和磁性能的影响.结果表明:衬底温度对Fe-N薄膜的结构有重要的影响,通过控制衬底温度可以获得单相γ′-Fe4N化合物薄膜;γ′-Fe4N具有较高的饱和磁化强度,是非常有应用前景的磁记录介质及磁头功能材料.     

Bi2Sr2CaCu2O(8+δ)薄膜的分子束外延法制备及结晶性

在BiO-(Sr+Ca)O-CuO相图上的Bi2Sr2CaCu2O8+6(Bi-2212)相附近选择不同成分,用分子束外延法制备成薄膜,利用XRD,EDS,SEM和AFM研究了成分,衬底温度和臭氧分压对Bi-2212相薄膜成相的影响,分析了生长速率和错配度对Bi-2212相薄膜质量的影响.结果表明,Bi-2212相薄膜单相生成的成分范围(原子分数)分别为Bi 26.3%-32.4%,(Sr+Ca) 37.4%-146.5%,Cu 24.8%-32.6%;当衬底温度为720℃且臭氧分压为1.3×10-3 Pa时,在MgO(100)衬底上生长出质量较高的c轴外延Bi-2212相薄膜;通过调整生长速率、更换衬底和插入不同厚度的Bi2Sr2CuO(6+δ)过渡层的方法,可以改善Bi-2212相薄膜的结晶质量.表面形貌和导电特性.     

GaN基底上集成介电薄膜材料的生长方法研究

将以极化为特征、具有丰富功能特性的介电氧化物材料通过外延薄膜的方式,在半导体GaN上制备介电氧化物／GaN集成薄膜,其多功能一体化与界面耦合效应可推动电子系统单片集成化的进一步发展。然而,由于2类材料物理、化学性质的巨大差异,在GaN上生长介电薄膜会出现严重的相容性生长问题。采用激光分子束外延技术（LMBE）,通过弹性应变的TiO2的缓冲层来减小晶格失配度,降低介电薄膜生长温度,控制界面应变释放而产生的失配位错,提高了介电薄膜外延质量;通过低温外延生长MgO阻挡层,形成稳定的氧化物／GaN界面,阻挡后续高温生长产生的扩散反应;最终采用TiO2／MgO组合缓冲层控制介电／GaN集成薄膜生长取向、界面扩散,降低集成薄膜的界面态密度,保护GaN半导体材料的性能。所建立的界面可控的相容性生长方法,为相关集成器件的研发提供了一条可行的新途径。     

Au吸附清洁及H化Si(001)表面的第一原理研究

用第一原理理论研究了Au吸附于清洁及H化Si(001)表面的特性.结果表明,对于清洁表面,Au原子的吸附能够打断衬底Si层的二聚体化学键;在低温下,Au原子停留在表面,但由于具有较小的扩散势垒,比较容易扩散到Si衬底中.而Au原子在H-Si(001)表面的吸附则不会打破衬底Si二聚体键,这一点与清洁表面的吸附性质完全相反.     

声表面波器件用SiO2/ZnO/金刚石/Si多层结构制备

为获得高频、高性能金刚石声表面波器件的多层结构,在金刚石/Si衬底使用磁控溅射方法优化ZnO与SiO₂薄膜沉积工艺参数,制备了具有正负温度系数组合的SiO₂/ZnO/金刚石/Si多层结构,并对多层结构进行表征。结果表明:随着氩氧比增加,ZnO薄膜的沉积速率不断加快,薄膜的表面粗糙度不断增大;ZnO薄膜中的原子摩尔分数比随O₂输入量的减少而逐渐接近理想的1∶1。不同氩氧比下制备的ZnO薄膜均呈(002) 面择优取向生长,其中在氩氧比7∶1时,获得了具有细小柱状晶特征、C轴择优取向程度较高的ZnO薄膜。采用最优的ZnO和SiO₂薄膜沉积工艺,在金刚石/Si衬底获得了具有清晰界面的SiO₂/ZnO/金刚石/Si多层结构。      

MgO基外延BiFeO3薄膜的结构和铁电光伏性能

目的 深入研究BiFeO3(BFO)薄膜的结晶结构、生长取向及测试温度对其介电和铁电光伏性能的影响。方法 采用偏轴磁控溅射法,分别以单晶(001)MgO基片和外延La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)薄膜作为衬底与底电极,构架Pt/BFO/LSCO/MgO异质结构的铁电电容器。采用XRD衍射仪表征LSCO和BFO薄膜的结构与生长取向,探究Pt/BFO/LSCO/MgO异质结构电容器的介电和铁电光伏性能,重点研究测试温度对其性能的综合影响。结果 X射线衍射(XRD)和Phi扫描结果表明,MgO基BFO与LSCO薄膜均为结晶良好的钙钛矿结构,且满足(00l)取向的外延生长。不同电压和频率下的介电测试表明,BFO铁电薄膜具有较强的铁电性,正负矫顽电压分别为3.36、–1.12 V,但存在明显的介电色散现象,呈现先减小、后增大的趋势。在~100 kHz时,介电损耗最小,为0.016;在8 MHz时,增加到了0.212。这主要由于不同频率下各种类型电荷的弛豫竞争机制所致。光伏性能测试表明,在室温(20 ℃)、光强250 mW/cm²紫光垂直照射下,开路电压(VOC)和短路电流(JSC)分别为0.32 V和0.21 mA/cm²。进一步提高测试温度(分别为40、60、80、100 ℃)发现,BFO铁电薄膜VOC呈先缓慢、后快速减小,而JSC呈先快速上升、后下降的趋势,并在临界温度80 ℃处展现了更快的光伏响应速度,VOC和JSC分别为0.30 V和0.96 mA/cm²。能带分析表明,底电极LSCO与上电极Pt间大的功函数差(~1 eV)使得BFO薄膜中存在较强的内建电场,这有利于分离光生载流子,从而极大提高了BFO薄膜的铁电光伏效应。结论 BFO是一种具有重要潜在应用价值的优良环保光伏候选材料,提供了一种提高BFO铁电光伏器件性能的切实可行策略。     

高分子辅助沉积法制备Sm_xNd_(1-x)NiO_3外延薄膜（英文）

采用高分子辅助沉积法制备掺杂不同钐(Sm)含量的Sm_xNd_(1-x)NiO_3外延薄膜(钐掺杂量x=0.5,0.55,0.6)。X射线衍射(特征θ-2θ扫描、摇摆曲线和φ-scan)和扫描电子显微镜的测试结果表明,制备的薄膜结晶性和外延性良好,与衬底的(001)取向保持一致。电阻率-温度曲线表明制备的外延薄膜均表现出金属绝缘体转变现象。随着Sm掺杂量的提高,金属绝缘体转变温度逐渐升高;当;x=0.55时,外延薄膜的转变温度在室温附近。并且高分子辅助沉积法可以简单有效地制备热致变色外延薄膜。     

SnO2导电薄膜性能研究

采用射频反应溅射法制备SnO2导电薄膜,用AFM、XRD、XPS研究了薄膜的结构与表面化学组成对导电性能的影响,同时分析了衬底温度对薄膜导电性能的影响.结果表明:采用射频反应溅射制备的SnO2薄膜是具有(211)择优取向的多晶结构氧空位导电的n型半导体,衬底温度对于SnO2薄膜的微观结构和表面组成影响巨大,在低温衬底下制备的SnO2薄膜具有最佳的导电性能.     

常压干燥法制备过程中衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响

采用常压干燥法,在Ti、SiO₂、GaN、Al和Si 5种衬底上制备二氧化硅气凝胶薄膜,研究衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响。通过XPS法检测二氧化硅气凝胶薄膜与衬底之间的界面结合。采用椭偏仪结合反射光谱拟合的方法对二氧化硅气凝胶薄膜的折射率进行测量。通过原子力显微镜和场发射扫描电镜对二氧化硅气凝胶薄膜的表面及截面形貌进行观测。结果表明,二氧化硅气凝胶薄膜的形成会导致Al衬底表面Al-O中心峰产生0.07 eV的偏离,以及Ti衬底表面Ti 2p_3/2中心峰0.43 eV的偏离。这表明Al衬底和Ti衬底与二氧化硅气凝胶薄膜之间形成了某种化学键。同时,折射指数测量显示,Ti衬底表面形成的二氧化硅气凝胶薄膜折射指数最低(1.17),平均孔隙率(63.8%)比硅衬底表面形成的二氧化硅气凝胶薄膜孔隙率(57.2%)要高。衬底类型对二氧化硅气凝胶薄膜形貌的影响与不同衬底的亲水性有关。由于Ti衬底亲水性最佳,更多的颗粒在Ti衬底表面形核和长大,导致其上制备的二氧化硅气凝胶薄膜具有更大的表面粗糙度,以及更大的颗粒和孔径。     

Preparation and Properties of GaN Micro-Ribbons on Ga-Diffused Si （111） Substrates

用射频磁控溅射工艺在室温扩镓硅衬底上沉积Ga2O3膜,然后在氨气气氛下氮化Ga2O3膜得到GaN微米带,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线光电子能谱(XPS)及光致发光谱(PL)对薄膜样品进行了结构、表面形貌、组分及发光特性分析.SEM图像显示直径约为100 nm～300 nm微米带随机分布在GaN薄膜表面.XRD、XPS及SAED分析表明GaN微米带呈六方闪锌矿多晶结构,择优沿[001]方向生长.P1显示了可能由量子限制效应引起的发光峰,其相对于报道的GaN晶体发光峰有显著蓝移.     

氧化镍薄膜用于阻变存储器研究进展

电脉冲诱发材料电阻可逆变化(EPIR)效应,即对薄膜施加电脉冲可以在室温下观察到体系电阻的可逆变化。利用EPIR效应可以制造新型的基于电阻变化的非挥发性存储器来代替制作工艺已经接近物理极限的闪存技术。本文介绍了应用于电阻式内存材料的技术挑战、关键问题以及具有EPIR效应的氧化镍(Ni Ox)薄膜用于阻变存储器研究进展。     

Cr掺杂对Cu/Si(100)薄膜体系的微观结构及电阻率的影响

利用简易合金靶在Si(100)衬底磁控溅射制备Cu、Cu-1.19%Cr和Cu-2.18%Cr薄膜,研究Cr对Cu薄膜在300～500 ℃真空退火前后的结构和电阻率的影响.X射线衍射分析表明Cu及Cu(Cr)薄膜均呈现Cu(111) 和Cu(200)衍射峰,并且Cu(Cr)薄膜一直保持较强的(111)织构.原子力显微分析表明Cu薄膜在500 ℃退火时,薄膜与硅基底发生明显的互扩散,薄膜表面的致密度及平整度下降;而Cu(Cr)薄膜在退火时保持较高的致密度,Cr显著提高Cu/Si薄膜体系的热稳定性.Cu(Cr)薄膜的电阻率随温度升高先减小而后增加,在400 ℃及500 ℃退火30 min后分别达到最小值2.76 Μω.cm和2.97 μΩ.cm,与纯Cu膜相近(2.55 μΩ.cm).Cu(Cr)薄膜退火电阻率的大幅度减小与薄膜晶粒尺寸的增加以及Cr的扩散有关.适量的Cr掺杂和合理的退火工艺使得Cu(Cr)合金薄膜在高温互连材料方面具有很大的应用前景.     

不同衬底上VO2薄膜的微观结构和光学性能研究

以云母(001)晶面和玻璃片为衬底,采用溶胶-凝胶法在其表面制VO2薄膜.利用XRD,AFM,FTIR等手段分析了不同衬底上薄膜的微观结构和光学性能.结果表明,云母表面VO22薄膜常温下呈单一的(011)取向,而玻璃表面VO2薄膜呈现(100)和(011)2种取向,单一(011)晶体取向的OV2薄膜表现出更好的光学开关性能.还分析了VO2薄膜的晶体取向对其光学性能的影响.     

Ba_(0.8)Sr_(0.2)TiO_3薄膜的溶胶-凝胶法制备及表征

采用溶胶-凝胶法在Si和Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备钙钛矿结构的Ba0.8Sr0.2TiO3(BST)薄膜。对其前驱体干凝胶进行热重与差热(TG-DSC)分析,以此确定薄膜的热处理工艺。分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和B1500A半导体器件分析仪对薄膜性能进行表征。结果表明:800℃下在氧气气氛中退火15 min可以得到结晶度良好、致密度较高的纯钙钛矿相BST薄膜,其对应的晶粒尺寸和均方根粗糙度分别为30~40 nm和5.80 nm。薄膜厚度为160~378 nm时,BST薄膜的介电常数和介质损耗随薄膜厚度的增加而增大。厚度为300 nm的BST薄膜的介电常数由于尺寸效应随温度升高单调降低,且居里温度在室温以下。