Si_3N_4/Si表面Ge生长过程的STM研究

利用STM和LEED分析了Ge在Si3 N4 /Si(111)和Si3 N4 /Si(10 0 )表面生长过程的结构演变。在生长早期 ,Ge在两种衬底表面上都形成高密度的三维纳米团簇 ,这些团簇的大小均在几个纳米范围内 ,并在高温退火时体积增大。当生长继续时 ,Ge的晶体小面开始显现。在晶态的Si3 N4 (0 0 0 1) /Si(111)表面 ,Ge的 (111)晶向的小面生长比其他方向优先。最后在大范围内形成以 (111)方向为主的晶面。相反 ,在非晶的Si3 N4 表面 ,即Si3 N4 /Si(10 0 ) ,Ge晶体的高指数侧面生长较顶面快 ,最终形成金字塔形的岛结构。对这样的表面生长过程进行了探讨并给出了合理的物理解释     

硅、锗材料在Si（100）表面的生长研究

利用扫描隧道显微镜和超高真空实验装置系统进行了Si（100）表面生长Si，Ge的实验研究。分析了所生成表面的形貌、结构等物理性质。研究表明：Si在Si（100）表面的同质生长可以形成纳米结构薄膜。Ge在Si（100）表面生长形成规则的三维小岛，而在Si/Ge/Si（100）多层膜上生长则形成大小二种三维岛，研究表明大岛具有Ge/Si/Ge的壳层结构。     

硅、锗材料在Si(100)表面的生长研究

利用扫描隧道显微镜和超高真空实验装置系统进行了Si(10 0 )表面生长Si,Ge的实验研究。分析了所生成表面的形貌、结构等物理性质。研究表明 :Si在Si(10 0 )表面的同质生长可以形成纳米结构薄膜。Ge在Si(10 0 )表面生长形成规则的三维小岛。而在Si/Ge/Si(10 0 )多层膜上生长则形成大小二种三维岛。研究表明大岛具有Ge/Si/Ge的壳层结构     

金属有机化学气相沉积法生长AlN/Si结构界面的研究

采用金属有机化学气相沉积法在Si(111)衬底上生长了AlN外延层.高分辨透射电子显微镜显示在AlN/Si界面处存在非晶层,俄歇电子能谱测试表明Si有很强的扩散,拉曼光谱测试表明存在Si-N键,另外光电子能谱分析表明非晶层中存在Si3N4.研究认为MOCVD高温生长造成Si的大量扩散是非晶层存在的主要原因,同时非晶Si3N4层也将促使AlN层呈岛状生长.     

TiN/Si3N4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应.最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa.当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低.此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降.     

BA-MMA-AA三元共聚物和TPT复合改性纳米Si3N4粉体研究

采用自制的BA-MMA-AA三元共聚物和四异丙氧基钛（TPT）对纳米Si3N4进行表面包覆处理,利用红外光谱分析、TEM、粒径分布、接触角等手段进行表征,结果表明：在纳米Si3N4粉体的表面包覆了有机物,并与其发生了化学作用,有效地阻止了纳米Si3N4粉体的团聚;处理过的Si3N4粉体粒径明显减小,在有机溶剂中的分散稳定性显著增加,表面自由能明显降低,改善了纳米Si3N4粉体在聚合物基体中的分散。     

Si基富Ge含量Si1-x-yGexCy异质结构的热退火行为研究

研究了Si基富Ge含量的Si1-x-yGexCy异质结构的热退火地为,采用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）法在Si(100）衬底上淀积一层厚度为170nm的Si1-x-yGexCy薄膜（x-0.7,y-0.15),并在其上覆盖－Ge层,将样品分别在650度和800度下进行N2氛围下热退火20min。用拉曼谱（Raman),俄歇电子能谱（AES）以及X射线光电子能谱XPS等方法对样品进行研究。研究结果表明,低温PECVD法生长的Si1-x-yGexCy薄膜是一种亚稳结构,Ge/Si1-x-yGexCy/Si异质结构在650度下呈现不稳定性,薄膜中的Ge,C相对含量下降,且在界面处出现Ge,C原子的堆积,经过800度下退火20min的样品中C 含量基本为0,Ge相对含量下降至约20％左右,且薄膜的组分比较均匀。     

反应溅射HfC/Si3N4纳米多层膜的微结构与力学性能

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si3N4层厚的HfC/Si3N4纳米多层膜,采用X射线光电子能谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构、硬度与弹性模量,研究了Si3N4层厚度变化对纳米多层膜微结构与力学性能的影响。结果表明,溅射的Si3N4粒子不与C2H2气体反应,因NaCl结构HfC晶体调制层的模板效应,溅射态为非晶的Si3N4层在厚度小于约1 nm时被强制晶化,并与HfC晶体层形成共格外延生长结构,多层膜呈现强烈的(111)择优取向柱状晶,其硬度和弹性模量显著上升,最高值分别达到38.2 GPa和343 GPa。进一步增加Si3N4层的厚度后,Si3N4层转变为以非晶态生长,多层膜的共格外延生长结构受到破坏,其硬度和模量也相应降低。     

Ge组分渐变的Si1-x-yGexCy薄膜的制备

用化学气相淀积方法在Si（100）衬底上外延生长了Ge组分最高约0．40的组分渐变的Si1-x-yGexCy合金薄膜,研究了生长温度等工艺参数的影响．结果表明,生长温度和C2H4分压的提高均导致薄膜中碳组分的增加和合金薄膜晶格常数的减小,这表明外延薄膜中的C主要以替位式存在．C掺入量的变化可有效地调节薄膜的禁带宽度,而提高生长温度有助于改善Si1-x-yGexCy薄膜的的晶体质量．组分渐变的Si1-x-yGexCy合金薄膜包括由因衬底中Si原子扩散至表面与GeH4．C2H4反应而生成的Ni1-x-yGexCy外延层和由Ni1-x-yGexCy外延层中Ge原子向衬底方向扩散而形成的Ni1-xGex层．     

SiO2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响.实验结果表明,当衬底温度超过500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点.在650 ℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成.     

SiO2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响.实验结果表明,当衬底温度超过500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点.在650 ℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成.     

蒸发速率对Si衬底上SSMBE外延SiC薄膜的影响

采用固源分子束外延（SSMBE）生长技术,用不同的蒸发速率,在Si（111）衬底上生长SiC薄膜。利用反射式高能电子衍射（RHEED）、X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）等实验技术,对生长的样品的形貌和结构进行研究。结果表明,在优化的蒸发速率（1.0 nm·min^-1）下,所生长的薄膜质量最好。低的蒸发速率（0.25 nm·min^-1）难以抑制孔洞的形成,衬底的Si原子可通过这些孔洞扩散到样品表面,导致结晶质量变差。在高的蒸发速率（1.8 nm·min^-1）下,以岛状方式生长甚至以团簇聚集,表面的原子难以迁移到最佳取向的平衡位置,导致样品表面粗糙度变大,薄膜的结晶质量变差,甚至出现多晶。     

Ge纳米点/Si纳米线复合结构制备及微结构特征分析

结合金属纳米颗粒辅助化学刻蚀法制备Si纳米线和低压化学气相外延自组织生长Ge纳米点制备了Ge纳米点/Si纳米线复合结构,采用电子显微镜、微区原子力/拉曼联合测试系统进行了微结构表征。Ge纳米点基本均匀地分布于Si纳米线上,通过改变生长参数可有效控制Ge纳米点的尺寸和密度。在非常扁薄的无支撑的纳米点/线复合结构中,由于应力和热效应的作用使Si和Ge的拉曼散射特征峰发生了较大的红移。     

Ge／Si纳米多层膜的光致发红光研究

采用磁控溅射设备，当衬底温度为500℃时，在Si（100）基片上磁控溅射生长Ge／Si多层膜样品，使用Raman和低角X射线技术对样品进行检测和研究。在红光波段对样品的光致发光进行了研究，结果表明在红光波段发光峰位来源于薄膜的非晶结构及其薄膜所产生的缺陷；发光峰的强度和峰形受Ge子层和Si子层厚度的影响。     

液体羧基丁腈橡胶对纳米Si3N4粉体表面处理研究

用液体羧基丁腈橡胶作表面处理剂处理纳米氮化硅(Si3N4)粉体.结果表明:液体羧基丁腈橡胶包覆在纳米Si3N4粉体的表面,并与其发生了化学作用,有效地阻止了纳米Si3N4粉体的团聚;处理过的Si3N4粉体粒径明显减小,在有机溶剂中的分散性良好;亲水性减小,亲油性增加,表面自由能明显降低,处理后的纳米Si3N4粉体更容易在聚合物中分散.     

Si含量对(AlCrTiZrHf)-Six-N高熵薄膜微观结构和力学性能的影响

采用自制的复合靶材,通过直流磁控溅射技术,在单晶Si基片上沉积一系列不同Si含量的(AlCrTiZrHf)-Si_x-N高熵薄膜,并依次采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪对薄膜进行表征和测试,研究Si含量对其微观结构和力学性能的影响。实验结果显示,(AlCrTiZrHf)N薄膜成柱状晶生长,并具有(111)晶面的择优取向。Si元素的掺入,使得原薄膜的(111)峰消失,(AlCrTiZrHf)-Si_x-N薄膜晶粒得到细化,同时生成网状非晶相,从而形成非晶包裹纳米晶的纳米复合结构。随着Si含量的增加,薄膜力学性能先上升后下降,这种趋势归因于所形成的纳米复合结构,并且当Si含量为8%(体积比)时,薄膜的硬度和弹性模量最高,分别为26.6和250.9 GPa。     

锰硅化物在Si(111)-7×7表面的制备及其STM研究

利用超高真空扫描隧道显微镜研究了室温至610℃的条件下锰在Si(111)-7×7表面的反应生长情况,制备出了锰纳米团簇和几种锰硅化物.实验结果表明温度低于260℃时,生成了占据在衬底7×7结构亚单胞上大小统一的锰纳米团簇;温度高于500℃时,生成的锰硅化物可分为三类纳米线、平板状的岛和三维不规则的岛.除此以外,390℃至610℃锰硅化物岛的成核密度符合传统成核理论.     

生长参数对Si1-xGex:C合金薄膜中元素分布的影响

用化学气相淀积方法在Si(100)衬底上外延生长Ge组分渐变的Si1-xGexC合金薄膜.本文通过能量色散谱仪乔(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对合金薄膜的元素深度分布和表面形貌进行了表征,分析研究了外延层的生长温度、生长时间对Si1-xGexC合金薄膜性质的影响.结果表明,Si1-xGexC外延层生长温度和生长时间一定范围内的增加加强了岛与岛之间的合并,促进了衬底Si原子向表面扩散、表面Ge原子向衬底扩散,且生长温度比生长时间对Si、Ge原子互扩散的影响大.     

溅射气压对Ge/Si纳米点表面形貌的影响

利用磁控溅射技术在Si(100)衬底上直接外延生长一系列不同压强下的Ge纳米点样品,并利用AFM、Raman和XRF对Ge纳米点样品形貌和结构进行了研究。结果表明Ge薄膜表面粗糙度在某一临界压强下发生突变,高能粒子热化的临界值与这种转变密切相联;分析讨论了Ge岛在不同溅射气压下的生长过程,在一定范围随着压强的增大会显示典型生长阶段的特征。     

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。