不同浓度的Si掺杂β-Ga_2O_3薄膜的制备及研究

本文采用射频磁控溅射法在Si (100)和石英衬底制备纯β-Ga_2O_3和不同浓度的Si掺杂β-Ga_2O_3薄膜,并且研究Si掺杂对β-Ga_2O_3薄膜结构、表面形貌和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)测试结果表明,Si掺杂β-Ga_2O_3薄膜都未出现新的衍射峰,随着Si浓度的增加,β-Ga_2O_3的特征峰(111)逐渐向大角度方向移动。X射线光电子能谱(XPS)表明β-Ga_2O_3薄膜中成功掺入了Si元素。本文使用原子力显微镜(AFM)表征薄膜的表面形貌,结果表明薄膜表面的粗糙度随着Si浓度增加呈现单调递增的趋势。紫外-可见光(UV-visible)透射光谱表明薄膜均在可见光波段具有高透光率,薄膜的光学带隙随Si掺杂浓度的变大而变大。Si掺杂实现了β-Ga_2O_3的带隙可调,表明Si是一种有潜力的掺杂剂。     

氩气流量对多元掺杂ZnO薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射的方法在玻璃基底上用掺杂浓度为1%(质量分数)Al_2O_3,1%(质量分数)SiO2,1%(质量分数)石墨烯的陶瓷靶材制备出了多元掺杂氧化锌(ZnO∶Al∶Si∶GNP,GASZO)透明导电薄膜。利用XRD、SEM、四探针测试仪、紫外-可见分光光度计对薄膜的性能进行了表征和分析,研究了不同氩气流量(工作压强保持不变)对薄膜的结构、形貌及光电性能的影响。结果表明,所制备的薄膜均具有呈c轴择优取向的纤锌矿结构;当氩气流量为70sccm时,薄膜的电阻率最低为11.47×10~(-4)Ω·cm。所有薄膜样品在可见光波段的平均透过率超过91%。     

电弧离子镀TiSiN薄膜的结构及摩擦性能

为实现电弧离子镀TiSiN薄膜成分可控,通过改变靶的相对电流在304不锈钢表面沉积TiSiN薄膜,采用厚度仪、能谱仪、扫描电镜、X射线衍射仪及摩擦试验研究了其形貌、结构及摩擦性能。结果表明:TiSiN薄膜中Si以非晶态Si3N4形式存在,抑制了面心立方结构的Ti N晶粒生长,形成纳米晶Ti N/非晶Si3N4(nc-Ti N/α-Si3N4)纳米复合结构;与Ti N薄膜相比,TiSiN薄膜具有更平整的表面,Si含量为4.08%(原子分数)时薄膜表面最光滑平整;Ti N薄膜的硬度为2 312 HK左右,掺杂Si元素后,由于细晶强化作用,薄膜的硬度显著提高,Si含量为2.76%(原子分数)时达到最大值,约为3 315 HK;进一步增加Si含量,TiSiN薄膜硬度略有下降;TiSiN薄膜的摩擦系数明显低于Ti N薄膜,且随着Si含量增加,摩擦系数逐渐变小,在Si含量为2.76%和4.08%(原子分数)时低至0.4左右。     

常压CVD法制备Sb掺杂SnO2薄膜的性能研究

以C4H4SnCl3和SbCl3为反应先驱体,采用常压化学气相沉积法制备Sb掺杂SnO2薄膜,研究了薄膜沉积时间、基板温度以及Sb掺杂量对薄膜结构和红外反射性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对所制备薄膜的结构、形貌、成分进行了分析表征。XRD结果表明薄膜具有四方相金红石晶型结构,在基板温度为650℃时能制得结晶性能较好的多晶薄膜;XPS结果表明元素Sb主要以Sb5+的形式掺杂于SnO2薄膜中。还讨论了Sb掺杂量对方块电阻、透射率等薄膜性质的影响。结果表明,当Sb掺杂量为2%,基板温度为600℃,镀膜时间为4min时可制备出可见光透过率为75%、红外透过率仅为30%的薄膜,且此时薄膜方块电阻为38.4Ω/□。     

掺杂Ti的纳米CrSi_2薄膜的制备

利用多靶磁控溅射设备交替沉积Cr、Ti和Si层,并通过随后的真空退火处理,制备了掺杂Ti的CrSi2薄膜。交替沉积薄膜500℃退火2h,薄膜中除含有(Cr,Ti)Si2相外,还有部分残留的沉积Si相和少量反应生成的CrSi相;退火时间增加,沉积Si相和CrSi相减少而(Cr,Ti)Si2相增多;500℃退火6h及以上时,薄膜中仅有(Cr,Ti)Si2相。测量薄膜X射线衍射峰半高宽,利用谢乐公式估算薄膜平均晶粒尺寸表明,退火时间从2h增加到8h,薄膜中(Cr,Ti)Si2相晶粒尺寸由68nm近似线性增加到81nm。退火获得的(Cr,Ti)Si2薄膜具有纳米结构和(111)面单一取向。随着掺杂Ti原子分数的增加,薄膜X射线衍射谱中(Cr,Ti)Si2(111)晶面衍射角逐渐向低角度方向移动,这反映(Cr,Ti)Si2相的晶格常数a和c逐渐增大。晶格常数的变化与掺杂Ti的原子分数近似呈线性关系,这是结构中半径较大的Ti原子替换半径较小的Cr原子所造成的。计算分析显示,单晶Si(100)上(Cr,Ti)Si2(111)晶面外延生长是它们的界面晶格畸变能较低的结果;Ti原子分数增加,(Cr,Ti)Si2薄膜的(111)晶面择优取向程度下降。     

氟化非晶态碳膜(a-C:F)的制备与表征

采用等离子体浸没与离子注入装置,以CF4和CH4作为源气体,在Si(100)基片上制备了含氟量不同的一系列氟化非晶态碳膜。通过XPS、FTIR和Raman对其结构进行了表征。采用躺滴法测量薄膜与双蒸水之间的接触角。薄膜硬度通过纳米压痕仪进行测量。XPS和FTIR结果表明存在C—CF、C—Fx基团和少量的氧。我们认为薄膜中存在的氧元素是由于薄膜在正常存放时发生了时效过程,其中的悬挂键发生化学吸附反应引起的。Raman和接触角测量结果表明,随着氟元素含量的逐渐增加,薄膜从典型的类金刚石状结构逐渐转化为类聚合物状结构,接触角逐渐增大。纳米压痕测量结果表明,氟元素的加入使得薄膜的硬度有很大程度的降低。     

高三阶光学非线性Cd/CdS-SiO2复合薄膜的电化学–溶胶凝胶制备及表征

以硝酸镉、硫脲和正硅酸乙酯为前驱体, 采用电化学-溶胶凝胶法, 以ITO玻璃为基底制备了透明薄膜。扫描电子显微镜(SEM)表征表明薄膜为纳米束结构。X射线能谱(EDX)表征表明薄膜由Si、O、Cd、S元素组成, Cd/S(原子比)＞1。EDX表征结合循环伏安(CV)实验确定薄膜为Cd/CdS-SiO₂复合薄膜。Z扫描表征表明, 薄膜在1064 nm处表现出自散焦特性的非线性折射效应和饱和吸收特性的非线性吸收特性。薄膜的三阶非线性极化率(χ(3))较高, 达到了1.18×10^-14~1.39×10^-13 (m/V)², 表明薄膜具有优良的三阶光学非线性。分析认为薄膜中CdS的含量对薄膜的光学性非线性起主要作用。     

HF-PECVD法生长BN1-xPx薄膜

以光学石英片为衬底,采用热丝 等离子体辅助化学气相沉积方法(HF PECVD)沉积了BN1-xPx薄膜。通过 X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜 ( SEM )、X 射线能谱(EDAX)、紫外 可见(UV VIS)等测试手段研究了薄膜的化学组成、结构以及 P元素掺杂量对 BN1-xPx 薄膜材料光学带隙的调制规律。结果表明所沉积薄膜为B、P、N组成的三元化合物,没有相偏析,定向生长,与石英衬底结合牢固。BN1-xPx 薄膜中随着磷元素相对含量的增加,其光学带隙相应窄化,即通过控制磷的掺杂量可以有效调整该薄膜材料的光学带隙。     

磁控共溅射法制备ZrRu薄膜及其电学性能研究

扩散阻挡层的选材是Cu互连工艺研究重点之一,目前在研的阻挡层中,由两种难熔金属组成的二元合金因具有与Si反应温度高、电阻率低、结晶温度高等优点,成为一类极具应用潜力的阻挡层材料。本文通过磁控共溅射技术在p型Si单晶基底上沉积ZrRu薄膜。利用X射线光电子能谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和四点探针测试等表征手段对ZrRu合金膜的化学特性、物相结构、微观形貌和电学性能进行表征分析。研究结果表明,随Ru溅射功率增加,Ru原子百分比增加,薄膜的沉积速率由7.74 nm·min~(-1)增加到17.99 nm·min~(-1) ,当Ru溅射功率低于35 W时,薄膜为非晶或微晶结构;当Ru溅射功率为45 W时,薄膜逐渐转化为柱状晶结构,且尺寸均匀,表明通过Ru掺杂实现了对ZrRu薄膜微观结构的调控;薄膜电阻率随Ru溅射功率增加由192.2μΩ?cm降低为53.5μΩ?cm,表现出良好的电学性能。     

磁控溅射掺碳TiB2薄膜的Raman光谱与摩擦行为

采用磁控溅射技术,使用SiC薄膜和Ti膜作为中间层在Cr12MoV钢表面制备掺碳TiB2(TiB2-C)薄膜,研究掺碳TiB2薄膜的Raman光谱、纳米压痕和摩擦行为。结果表明:溅射功率过高或过低都不利于掺入的C元素在薄膜中以DLC形式存在;C元素掺杂降低了TiB2薄膜的纳米硬度和弹性模量;以DLC形式存在的掺入的C能有效降低室温干摩擦(Si3N4球对摩件)条件下TiB2薄膜的摩擦因数。