以Al2O3为过渡层脉冲激光法制备PZT铁电薄膜

为实现PZT铁电薄膜与半导体衬底的直接集成引入Al2O3为过渡层，首先用真空电子束蒸发法在Si(100)，多昌金刚石（111）衬底上生长约20nm厚的Al2O3过渡层，接着在上述衬底上采用脉冲激光淀积（PLD）法淀积PZT薄膜，衬底温度为350-550℃。X光电子能谱（XPS）测试表明，在高真空下，电子束蒸发Al2O3固态源能获得化学配比接近蒸发源的Al2O3薄膜。X射线衍射（XRD）测试说明，不论衬底是硅还是多晶金刚石，当衬底温度为550℃时，PZT在Al2O3过渡层上呈现（222）取向的焦绿石相结构，当衬底是金刚石时，通过如下工艺：（1）较低温度（350℃）淀积；（2）空气氛围650℃快速退火5min，可以在Al2O3过渡层上获得高度（101）取向的钙钛矿结构的铁电相PZT薄膜，最后AFM测试显示，在硅衬底上，PZT薄膜的表面均方根粗糙度为9.78nm；而在多晶金刚石衬底上，PZT薄膜的表面均方根粗糙度为17.2nm。     

微-纳米复合金刚石薄膜的制备与性能研究

在钛-铝-钼为过渡层的Cu片上,用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法首先沉积一层微米金刚石薄膜,然后沉积纳米金刚石薄膜,制备了微-纳米复合金刚石薄膜.利用扫描电镜(SEM)观察薄膜的表面形貌及界面状态,利用拉曼光谱及X射线衍射对薄膜微结构进行分析并采用压痕法检测了膜基间的结合力并观察了压痕的状态.结果表明,该薄膜下层颗粒粗大,是微米级的金刚石,上层颗粒细小,是纳米级的金刚石,薄膜表面平整光滑;薄膜的附着力与纳米金刚石沉积时间的长短有关,当沉积时间为2 h时,薄膜与衬底的结合力最好.     

硫化锌窗口上CVD法制备金刚石膜的研究进展

金刚石具有优异的红外透过性能,可作为硫化锌红外窗口的保护膜。但由于CVD金刚石的沉积过程会刻蚀硫化锌衬底,导致在窗口表面直接生长金刚石膜比较困难。本文主要综述了近年来通过添加过渡层沉积金刚石薄膜的方法和光学焊接金刚石厚膜的方法来增强硫化锌窗口的性能,并介绍了CVD金刚石膜的光学应用及其目前所存在的问题,最后对未来CVD金刚石膜发展的方向作出了展望。     

微波等离子体化学气相沉积法在硅片上同时生长碳化硅和金刚石

研究了衬底温度、核化密度、衬底表而预处理等工艺参数对微波等离子体化学气相沉积法在硅片上同时生长碳化硅和金刚石的影响.采用扫描电镜、X-射线衍射、喇曼光谱和红外光谱对样品进行了表征.结果表明:从高核化密度生长的金刚石膜中探测不到碳化硅;不论对硅衬底进行抛光预处理还是未抛光预处理,从低核化密度牛长的金刚石厚膜中总能探测到碳化硅.碳化硅生长在硅衬底上未被金刚石覆盖的地方,或者是在金刚石晶核之间的空洞处.碳化硅形成和金刚石生长是同时发生的两个竞争过程.此研究结果为制备金刚石和碳化砟复合材料提供了一种新的方法.     

红外光学材料硫化锌衬底上沉积金刚石膜的研究

采用微波等离子体化学气相沉积法,在预镀陶瓷过渡层的硫化锌衬底上沉积金刚石膜。在以前的实验中,我们发现在陶瓷过渡层上沉积金刚石膜极其困难,但采用金刚石诱导形核方法后,我们已经在过渡层／硫化锌试样表面获得了很小面积（约1mm宽的环状区域）的金刚石形核。本文对前期的诱导形核工作进行了一定改进,目前已经使形核生长范围大大增加,沉积面积超过原来10倍。此外,本文对金刚石／过渡层／硫化锌试样的红外透过特性以及金刚石膜质量等进行了评价。     

Si(111)衬底上HVPE GaN厚膜生长

在Si(111)衬底上,以MOCVD方法高温外延生长的AIN为缓冲层,使用氮化物气相外延(HVPE)方法外延生长了15Km的c面GaN厚膜.并利用X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)、拉曼光谱(Raman)等技术研究了GaN厚膜的结构和光学性质.分析结果表明,GaN厚膜具有六方纤锌矿结构,外延层中存在的张应力较小,...     

新型硅基GaN外延材料的热应力模拟

采用有限元方法，通过ANSYS软件模拟了体硅衬底上和SOI衬底上生长的GaN外延膜从1100℃的生长温度降到20℃的热应力变化情况。模拟结果表明SOI衬底作为一种柔性衬底，能有效减少异质外延的晶格失配，但是单从热失配的角度，由于引入了热膨胀系数（CET）更小的埋层SiO2，SOI衬底会使得外延层热应力略有增大。为了降低外延层中的热应力，我们结合微机电系统（MEMS）的制造工艺，用深反应离子刻蚀（DRIE）的方法，借助于SOI材料自停止刻蚀的优势，将衬底硅和埋氧去除，使得SOI的超薄顶层硅部分悬空，形成一种新型的SOI衬底。模拟结果表明，这种新型SOI衬底可以将GaN外延层中的热应力降低20％左右。     

氮化时间对扩镓硅基GaN晶体膜质量的影响

采用射频磁控溅射在扩镓硅基上溅射Ga2O3薄膜,然后氮化反应组装GaN晶体膜,并研究氮化时间对薄膜晶体质量的影响。测试结果表明：采用两步法生长得到六方纤锌矿结构的GaN多晶膜,扩镓硅层有效的抑制了硅衬底的氮化和弛豫了GaN与Si衬底的热失配。同时显示：在相同的氮化温度下,晶粒尺寸随氮化时间的增加而增大,薄膜的晶化程度相应的得到提高。     

MPCVD法同质外延生长单晶金刚石

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法在高温高压(HPHT)下制备的单晶片上进行单晶金刚石同质外延生长,研究了甲烷浓度和衬底温度对金刚石生长的影响。利用扫描电子显微镜与激光拉曼光谱仪对生长前后的样品进行表征。结果表明,利用HPHT单晶片上生长时,主要为层状生长和丘状生长模式,丘状生长易出现多晶结构。降低甲烷浓度能够降低丘状生长密度,提高金刚石表面平整度;金刚石生长速率随甲烷浓度、工作气压和衬底温度的增加而提高,但过高的甲烷浓度(72%)和衬底温度(1 150℃)会降低金刚石的质量。所生长出的单晶金刚石质量较为理想,衬底与生长层之间过渡比较自然,金刚石结晶度高,缺陷密度小,但随膜层增厚,非晶碳含量有所增加。     

硅尖上纳米金刚石膜场发射性质的研究

本文采用热灯丝CVD法在硅尖上制备了纳米金刚石膜，并研究了硅尖上纳米金刚石膜的场发射性质，实验结果表明，硅尖上纳米金刚石膜的场发射特性与硅平面上生长的多晶金刚石膜比较，有了极大的提高，硅尖上纳米金刚石膜场发射开启电场最小为2.7V/μm，而多晶金刚石膜为4.5V/μm。利用电子隧穿模型对实验结果进行了理论分析，研究表明实验结果与理论分析相符合。     

采用局部加热法选择性制备碳纳米管和纳米金刚石晶体

通过局部加热系统中的化学气相沉积法（chemical vapor deposition,CVD）实现了碳纳米管（carbon nanotube,CNT）和金刚石晶体的选择性生长加热系统只加热硅衬底而对反应过程及担载气体没有加热作用．在衬底温度为700℃时,没有生成CNT或明显的金刚石颗粒当温度升到740℃时,仍没有CNT生成,但是在模样化的铁膜上生成许多尺寸为几十纳米的金刚石颗粒温度为770℃时,在铁膜的中央部位生成许多尺寸为几十到几百纳米的金刚石颗粒,而在铁膜的边缘部位可同时观测到一些CNT的生成．当温度达到850℃时,CNT的生长区域扩大而纳米金刚石的平均尺寸和生成密度减小.在910℃的高温下,生成了大量的CNT,其平均直径为20nm,和通常的热CVD法生成的cNT相同在较低的衬底温度下,表面催化反应占主导地位而可能诱导具有sp^3结构的纳米金刚石的生成随着衬底温度的增加,围绕在衬底周围的气体被加热,在达到其气相自聚合温度后形成不饱和碳氢链,这些生成的碳氢链在sp^2结构CNT的生成中起到了重要的作用．     

DCPJ法多次沉积制备金刚石厚膜的研究

用直流电孤等离子体喷射法进行了多次沉积，在硅衬底上制备了金刚石厚膜，并用扫描电镜对这种厚膜的截面结构和表面状态进行分析，发现截面有明显的层状结构，在原来晶面上进行二次沉积是一个重新的成核过程。并对多次沉积过程中金刚石晶粒的生长特性进行了描述。     

TiC/DLC多层膜的制备及组织形态

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术,以甲烷气体为碳源,99.99%Ti为靶材制备了TiC/DLC多层膜。利用X射线衍射仪、电子显微镜、俄歇电子能谱仪和拉曼光谱仪等对TiC/DLC多层膜的组织、结构、形态及成分进行了分析。结果表明:Ti与C结合生成TiC晶相,过渡层中TiC相呈柱状晶生长,多层膜中的TiC分层以岛状模式生长,DLC分层以层状模式生长,TiC/DLC膜层中含有金刚石成分。TiC/DLC的多层结构受沉积参数的影响,当分层的沉积时间少于1 min时,很难获得清晰的层状结构薄膜,膜中Ti的含量随Ti靶电流的增加而增加;过渡层的引入,提高了膜与基体的结合力,并且过渡层的厚度增加,TiC/DLC膜层同基体之间的结合力增强。     

掺钛类金刚石膜的微观结构研究

采用无灯丝离子源结合非平衡磁控溅射的方法,在模具钢及单晶硅基体上制备了梯度过渡的掺钛类金刚石（Ti-DLC）膜层,利用俄歇电子谱（AES）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）及X射线衍射（XRD）等手段对膜层的过渡层、界面及微观结构进行研究。结果表明：制备的膜层成分深度分布与所设计的基体/Ti/TiN/TiCN/TiC/Ti-DLC相吻合,在梯度过渡中不同膜层之间界面体现为渐变过程,结合非常良好;少量的Ti主要以纳米晶TiC的形式掺入到非晶DLC膜当中;所制备的膜层具有厚2.9μm、硬度高达25.77 GPa、膜/基结合力44 N-74 N。     

热管理用3英寸硅衬底金刚石薄膜的制备

金刚石膜材料用作GaN电子器件散热器具有巨大潜力,低应力、大尺寸、高质量、原子级光滑表面的金刚石膜层是GaN器件的整体传热能力提升的关键。本研究提出了一种用于3英寸(1英寸=2.54 cm)硅衬底多晶金刚石薄膜的生长和晶圆级抛光技术,用以实现大尺寸金刚石膜材料在散热器方向上的应用。首先对微波谐振腔内的等离子体进行多物理场自洽建模,通过仿真模拟技术分析2.45GHz多模椭球谐振腔微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)装置沉积大尺寸金刚石薄膜的可行性,并优化生长工艺参数。然后对金刚石薄膜进行研磨抛光处理,以满足GaN器件的键合需求。模拟结果表明,输入相同的微波功率,腔室压强增大导致等离子核心电子和原子H数密度增加,但径向分布均匀性变差。在优化的工艺条件下沉积了金刚薄膜。实验结果表明,金刚石薄膜厚度不均匀性为17%。较高的甲烷浓度导致金刚石晶粒呈现以(111)晶面为主的金字塔形貌特征,并伴有孪晶的生成。Raman光谱中金刚石一阶特征峰半峰全宽(Full width at half maximum,FWHM)...     

SiC在异质衬底生长金刚石膜的作用分析

利用扫描电子显微镜 (SEM)、Raman光谱分析了Si衬底上金刚石膜核化和生长的过程 ,并着重分析了核化过程产生的SiC的性能。利用划痕法测量了在WC衬底上沉积SiC和未沉积SiC时生长金刚石膜的粘附力 ,同时还分析了WC衬底上有和没有SiC沉积层时表面附近金刚石膜的内应力。结果表明 ,SiC层大大地增强了含碳粒子的聚集和金刚石膜与衬底之间的粘附性 ,降低了金刚石膜与衬底之间的内应力     

电子束蒸发制备纳米硅锥及其场发射性能研究

应用超高真空电子束蒸发方法，以铁作为催化剂，在硅和多孔硅衬底上生长纳米Si锥阵列。采用原子力显微镜表征生长在不同衬底上纳米硅的形貌特征，测试和比较了不同衬底上纳米硅的电子场发射性能。实验结果表明用这种方法形成了高度为10—35nm的锥状纳米结构，并且这些纳米硅锥阵列的场发射性能良好。比较生长不同衬底上的纳米锥形貌与场发射性能，发现多孔硅衬底上更适合生长这种纳米硅锥。     

负偏压增强金刚石膜与衬底结合强度的理论研究

由于金刚石与Si有较大的晶格失配度和表面能差,利用化学气相沉积(CVD)制备金刚石膜时,金刚石在镜面光滑的Si表面上成核率非常低.而负衬底偏压能够提高金刚石在镜面光滑的Si表面上的成核率,表明金刚石核与Si表面的结合力也得到增强.利用负偏压增强CVD系统制备金刚石膜时,气体辉光放电产生的离子对Si表面轰击,使得Si衬底表面产生了微缺陷(凹坑),增大了金刚石膜与Si衬底的结合面积.本工作主要从理论上研究离子轰击对金刚石膜与Si衬底结合力的影响.     

过渡层对TC4钛合金基类金刚石多层薄膜磨损特性的影响

在钛合金(TC4)表面制备类金刚石(DLC)薄膜是提高其耐磨损性能和使用寿命的一种有效方法。本文采用磁过滤阴极弧源技术在钛合金表面上制备软硬相间的类金刚石多层薄膜、Ti和Ti/TiC过渡层组成的类金刚石多层薄膜。利用光学显微镜和扫描电镜分析多层膜表面外观形态,并使用台阶仪、纳米压痕仪、摩擦实验机等分析多层膜的残余应力、纳米硬度、膜基结合力和摩擦磨损特性。研究结果表明：DLC多层薄膜的残余应力均低于单层DLC薄膜,残余应力从12.63 GPa降低到6.21 GPa,增加Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的残余应力最小。压痕结合力研究结果表明,加入Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的结合状况得到了显著提高。Ti/TiC过渡层构成的类金刚石多层薄膜,有较大的硬度和良好减摩耐磨性能。试验结果将为TC4钛合金基体上制备硬质耐磨损DLC多层薄膜提供技术方案和理论依据。     

不锈钢基体预处理对合成类金刚石碳膜的影响

本文研究了在射频等离子体增强化学气相沉积工艺中不同的预处理方法对不锈钢基底上类金刚石碳膜生长的影响。所沉积的碳膜的结构和形貌分别用激光Raman光谱和扫描电子显微镜进行了分析，薄膜与基底的结合力通过划痕实验进行了表征。实验结果表明，通过采用合适的过渡层能显著提高类金刚石碳膜与基底的结合力，而通过化学腐蚀的方法对提高结合力的帮助不大。