非极性GaN薄膜与器件的研究进展

在传统的衬底上生长出的GaN都是沿着极性轴c轴方向的,非极性GaN薄膜克服了极性薄膜中因为产生内建电场而带来的发光效率和结晶质量的问题.本文主要介绍了非极性GaN薄膜的结构特性、薄膜的制备方法、不同衬底上生长非极性GaN薄膜的研究进展及其器件应用.     

衬底温度对Al2O3(0001)表面外延6H-SiC薄膜的影响

采用固源分子束外延技术,以α-Al2O3(0001)为衬底,在不同衬底温度下制备了6H-SiC薄膜.利用反射式高能电子衍射,原子力显微镜、X射线衍射对生长样品的结构和结晶质量进行了表征.结果表明:在衬底温度为1100℃时生长的薄膜质量较好,在较低温度(1000℃)和较高温度(1200℃)条件下生长的薄膜质量较差.同时发...     

ZnMgO合金薄膜晶体质量与生长温度的依赖关系

利用等离子体分子辅助分子束外延设备在蓝宝石衬底上通过改变生长温度,得到了不同的ZnMgO合金薄膜。研究了衬底温度对ZnMgO的结构和光学性质的影响。X射线衍射谱表明所有的ZnMgO合金样品都是（002）取向。晶体结构为六角纤锌矿。随着生长温度的增加,ZnMgO的（002）衍射峰的最大半宽度逐渐减小。在ZnMgO合金中的Mg组分随衬底温度升高逐渐增大。样品的表面形貌随着衬底的温度改变而变化。ZnMgO的X射线衍射,透射光谱,光致发光谱和扫描电镜照片都表明在800℃得到了高质量的ZnMgO合金薄膜。并且通过控制衬底温度实现了ZnMgO中Mg组分的调节。     

掺锶对钛酸铅薄膜结晶性能的影响

钛酸锶铅(PST)薄膜是一类重要的铁电薄膜材料.采用溶胶-凝胶法在硅(100)衬底上制备了钛酸锶铅薄膜.利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等表征手段,表征了不同锶掺杂量及不同退火温度对薄膜结晶性能的影响.通过实验发现:锶掺杂对薄膜的微观结构和表面形貌有重要的影响.由XRD谱图发现,随着锶掺入量的增加,Pb 1-xSrxTiO3薄膜中的晶轴比、晶胞体积都逐渐减小,晶化温度降低.通过AFM发现,相同掺锶量的薄膜随着退火温度的升高,结晶性能增强,颗粒增大,粗糙度增加.     

溅射SiO2薄膜动力学分析

使用蒙特卡罗法模拟了SiO2薄膜的生长过程,并利用沉积中三过程(吸附、扩散、脱附)的速率公式推导分析沉积过程中温度和粒子入射能量对薄膜质量的影响.温度较低时(100℃),薄膜中的空位密度相对较高,随着温度的升高(300℃),薄膜中的空位密度逐渐降低,温度继续升高时,则衬底温度对薄膜致密度的影响趋于平缓,200～300℃下制备的SiO2薄膜其表面质量最优.通过溅射原子能量角分布表达式分析入射靶离子能量决定溅射原子能量大小及其分布,得出Si靶溅射出的原子能量较大,可得质量较好的薄膜.     

ITO薄膜射频磁控溅射法制备及性能研究

以10%SnO2和90%In2O3(以质量计)烧结成的ITO氧化物陶瓷为靶材,采用射频磁控溅射法在玻璃基片成功地制备出光电性能优异的ITO透明导电薄膜。研究了基片温度和氧分压溅射工艺参数对ITO薄膜的结构和光电性能的影响。实验结果表明,采用氧化铟锡陶瓷靶射频磁控溅射制备的ITO薄膜沿(222)晶面生长,薄膜紫外透射光谱的吸收截止边带随着衬底温度和氧分压的升高向短波长方向漂移。     

大规模GaN纳米线阵列的制备及表征

氮化镓(GaN)纳米线阵列是制备下一代光电器件和电子器件最有前途的半导体材料。研究制备规则整齐排列的高质量GaN纳米线阵列,是其商业化应用的基础。本文主要研究气相化学沉积(CVD)法过程中NH_3流量、衬底类型以及生长温度实验条件对GaN纳米线阵列形貌结构的影响,并深入探索了不同长度GaN纳米线阵列的光学性质。对CVD生长GaN纳米结构进行SEM表征,表明Ga/N对生长取向影响较大;通过XRD图谱、Raman图谱分析,表明GaN纳米线的结晶度与衬底材料、生长温度等重要参数相关。使用PL对不同长度GaN纳米线表征,发现GaN纳米线阵列长度为5μm的结晶度最高光学性质最好,展现出了广阔的应用前景。     

Na_2CO_3添加剂和反应温度对碳热还原法制备碳化硼的影响

为了制备高品质、结晶良好的碳化硼,以石油焦和硼酸为原料,Na_2CO_3为添加剂,通过碳热还原法采用中频感应炉进行冶炼,研究了Na_2CO_3添加量(质量分数分别为2%、3%和5%)和反应温度(1 600、1 700、1 800和1 900℃)对制备碳化硼的影响。结果表明:随着Na_2CO_3添加量的增加,生成碳化硼的晶体尺寸逐渐增大,且晶粒形状趋于规则的多面体型,晶粒表面较为光滑,较好的Na_2CO_3添加量为3%(w);随着冶炼温度的升高,B_4C结晶化程度提高,游离碳含量减少,且晶型逐渐趋于规则,1 800℃为冶炼的较优温度; B_4C晶体显示明显的螺纹生长痕迹,表明其晶粒的生长符合螺旋位错生长。     

聚氧乙烯薄膜的结晶形态研究

以不同相对分子质量的聚氧乙烯(PEO)为研究对象,采用差示扫描量热仪、偏光显微镜和原子力显微镜研究了影响PEO薄膜结晶的主要因素。结果表明:影响PEO结晶的主要因素是结晶温度,PEO在25℃形成球晶,温度升高时,晶体尺寸亦略微增加,黑十字消光现象明显,且可观察到环形裂纹;结晶温度较低时,片晶生长先由成核生长机理控制,而后由扩散生长机理控制,结晶温度较高时,片晶生长主要由成核机理控制;相对分子质量对晶体尺寸有一定影响,但不影响结晶形态,随着相对分子质量的增加,PEO薄膜的片晶形成由成核机理控制转变成扩散机理控制,PEO晶体从Flat-on结构逐渐转变为Edge-on结构。     

衬底温度对HfO_xN_y薄膜相关物性的影响

采用射频反应磁控溅射法制备了HfOxNy栅介质薄膜,并研究了HfOxNy栅介质薄膜的化学特性和界面结构随淀积温度的变化而发生的变化规律。光电子能谱测试表明,随着衬底温度的升高,薄膜中的氮含量也随之增加。傅立叶红外吸收光谱研究表明,随着淀积温度的增加,界面层SiO2的厚度也逐渐增高。     

衬底取向对Al掺杂3C-SiC薄膜微结构的影响（英文）

采用低压化学气相沉积(LPCVD)法分别在Si(100)和Si(111)衬底上制备了Al掺杂的3C-Si C薄膜。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、Raman光谱对所制备薄膜的微结构、形貌以及内部应力的演变进行分析。结果表明:在Si(100)衬底上制备的Al掺杂Si C薄膜具有较好的结晶质量,而且结晶质量受Al掺杂浓度的影响比较大。Al掺杂Si C薄膜的生长模式为二维层状生长模式。Si(100)衬底上所制备的Al掺杂Si C薄膜表面为层状的四边形结构,而Si(111)衬底上的Al掺杂Si C薄膜表面为层状的截角三角形结构。Si(100)衬底上的薄膜厚度略大于Si(111)衬底上的。由于Al离子的掺入和薄膜厚度的增加,Si(100)衬底上所制备的Al掺杂Si C薄膜内部的应力得到很好的释放。Si(111)衬底上的Al掺杂Si C薄膜内部的应力则由张应力模式转为压应力模式,而且纵光学声子(LO)、横光学声子(TO)特征峰分离变大,出现这种现象的原因可能与Al3+替代Si4+使Si C离子性增强和生长模式的转变有关。     

衬底取向对 Al 掺杂3C-SiC 薄膜微结构的影响

采用低压化学气相沉积(LPCVD)法分别在 Si(100)和 Si(111)衬底上制备了 Al 掺杂的3C-SiC 薄膜。采用 X 射线衍射、扫描电子显微镜、Raman 光谱对所制备薄膜的微结构、形貌以及内部应力的演变进行分析。结果表明：在 Si(100)衬底上制备的 Al 掺杂 SiC 薄膜具有较好的结晶质量,而且结晶质量受 Al 掺杂浓度的影响比较大。Al 掺杂 SiC 薄膜的生长模式为二维层状生长模式。Si(100)衬底上所制备的 Al 掺杂 SiC 薄膜表面为层状的四边形结构,而 Si(111)衬底上的 Al 掺杂 SiC 薄膜表面为层状的截角三角形结构。Si(100)衬底上的薄膜厚度略大于 Si(111)衬底上的。由于 Al 离子的掺入和薄膜厚度的增加,Si(100)衬底上所制备的 Al 掺杂 SiC 薄膜内部的应力得到很好的释放。Si(111)衬底上的 Al 掺杂 SiC 薄膜内部的应力则由张应力模式转为压应力模式,而且纵光学声子(LO)、横光学声子(TO)特征峰分离变大,出现这种现象的原因可能与 Al3+替代 Si4+使 SiC离子性增强和生长模式的转变有关。     

衬底温度对MgxZn1-xO薄膜结构和光学性质的影响

以Mg0.4Zn0.6O为靶材,采用射频磁控溅射方法在石英玻璃衬底上沉积MgxZn1–xO薄膜。利用能量色散X射线谱分析了不同衬底温度下制备的薄膜中Mg含量;用X射线衍射和吸收光谱研究了物相结构及其光学性质。结果表明:不同衬底温度下制备的MgxZn1–xO薄膜均为六方纤锌矿结构,且具有良好的c轴取向。衬底温度为200℃时,制备的薄膜样品的(002)方向衍射峰强度最大,表明此温度下薄膜的结晶程度最高。衬底温度为300℃时,制备的薄膜样品中Mg的含量最高为0.438 mol,其室温下吸收光谱的吸收边位于281 nm。     

退火温度对溅射法沉积Cu-Cr-O薄膜性能的影响

使用Cu Cr O2陶瓷靶材,利用射频磁控溅射方法在石英衬底上沉积了Cu-Cr-O薄膜,研究了退火温度对Cu-Cr-O薄膜结构及光电性能的影响。X射线衍射分析显示,退火温度为973 K时薄膜即已晶化并形成单相铜铁矿结构CuCrO2,随着退火温度的升高,薄膜结晶性逐渐提高。紫外-可见光谱与电学性能测量结果表明:薄膜可见光透过率随退火温度升高呈上升趋势,电导率则呈下降趋势,在973～1273K退火薄膜的可见光透过率最高为50%,电导率最高为0.12 S/cm。扫描电子显微镜照片显示,Cu-Cr-O薄膜电导率的下降主要与退火产生的微裂纹有关。     

退火处理对玻璃表面沉积的ZnO薄膜微观形貌与性能的影响

以Zn(NO3)2·6H2O为前驱体,采用超声喷雾热解法在500℃下、在钠钙硅浮法玻璃衬底上制备了ZnO薄膜.分别在不同温度(500、550、600℃)和不同时间(30、60、120min)对制备的ZnO薄膜进行了退火处理.研究退火条件对ZnO薄膜微观结构、形貌以及光学性能的影响.结果表明:退火处理能提高ZnO薄膜的c轴取向;随着退火时间的延长,ZnO薄膜附着强度随之增加,但c轴取向度呈先增强,至120min时又开始呈下降的趋势;随着退火温度的升高,ZnO薄膜的c轴取向亦出现先显著增强,之后又开始下降的趋势,同时可见光透过率亦呈相同的变化趋势.最佳退火条件为500℃温度保温60min,此时薄膜不仅c轴取向生长优势明显,结晶质量良好,表面颗粒大小均匀,致密平滑,同时薄膜的可见光透过率由退火前的70％提高到90％.     

Lu_2O_3:Tb薄膜的制备、结构和发光性能

采用Pechini溶胶-凝胶法结合旋涂技术在单晶硅衬底上制备出了均匀、无裂纹的掺Tb3+的Lu2O3(Lu2O3:Tb)薄膜。用热重-差示扫描量热法分析了前驱体干凝胶在室温至1000℃下发生的热分解现象。利用X射线衍射和Fourier红外光谱和原子力显微镜研究了热处理温度对Lu2O3:Tb薄膜的晶相、化学组成和表面形貌的影响。结果表明:在550～1000℃间热处理的Lu2O3:Tb薄膜为多晶氧化镥立方结构,晶粒尺寸随温度升高而逐渐长大至30nm左右。在220nm紫外光激发下,Lu2O3:Tb薄膜呈现出较强的绿光发射,主发射峰分别位于542nm和551nm处。随着热处理温度的提高,Lu2O3:Tb薄膜中缺陷减少,发光强度增强。     

低温等离子体气相沉积氮化镓薄膜的光谱特性研究

采用低温等离子体增强化学气相沉积工艺,以氮气N2和三甲基镓(TMG)为反应气源,在蓝宝石衬底-αAl2O3的(0001)面上低温生长了GaN薄膜。薄膜光致发光光谱(PL)出现两个发光带,一个是中心位置位于364nm的锐而强的带边峰。另一个是中心波长在550nm(2.2eV),范围在480~700nm的强而宽的黄光发光带。傅立叶红外光谱(FTIR)观察到GaN的A1(LO)的下沿峰和E1(TO)峰,说明这是六方结构的GaN薄膜。     

Bi:YIG石榴石薄膜生长工艺和磁光性能研究

本文采用脉冲激光淀积PLD法在Si基片上生长了Bi掺杂钇铁石榴石(Bi:YIG),得到了Bi_(1.5)Y_(1.5)Fe_5O_(12)磁光薄膜。通过改变衬底温度和反应氧分压来控制淀积的薄膜质量。利用X射线衍射仪(XRD)和法拉第旋光测试装置测定了样品的物相结构和磁光性能。结果表明,在单步淀积生长Bi_(1.5)Y_(1.5)Fe_5O_(12)/Si过程中,基底温度越低、氧分压越高,越有利于薄膜结晶;同时生长了种子层YIG的Bi_(1.5)Y_(1.5)Fe_5O_(12)/YIG/Si的薄膜,较高的淀积温度和较高的氧分压是生长高结晶度Bi:YIG的必要条件。生长了种子层的薄膜结晶效果明显优于一步淀积生长的薄膜,且具有大的比法拉第旋转角,可以改善薄膜的磁光性能。     

衬底温度调制生长GZO薄膜的性能研究

利用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备ZnO∶Ga透明导电氧化物薄膜,主要研究了一种类调制掺杂工艺对GZO薄膜的薄膜形貌结构和光电性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)和四探针测试仪对GZO薄膜进行表征。结果表明:不同的衬底温度调制下生长的GZO薄膜都具有明显的c轴择优取向,对于衬底温度调制条件下,在150℃/RT条件下的薄膜结晶最好,且在可见近红外波段(480~1600 nm)平均透过率达到85.4%左右,薄膜最低方阻达到60Ω/□。     

雾化学气相外延法异质外延Ga2O3薄膜的生长特性

氧化镓各晶相的应用广泛,亚稳相只能通过外延的手段获得。选择合适的生长方法和提高异质外延水平仍是学术界一直探讨的问题。采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在蓝宝石衬底上异质外延生长了氧化镓薄膜,通过优化工艺条件实现了物相调控,系统研究了外延膜的结晶质量、组分和表面形貌,以及生长速率变化规律。同时,探究了Mist-CVD生长系统中,Ga₂O₃外延膜的晶体成核及晶相控制机理。在原有α-Ga₂O₃生长工艺的基础上,制备了α/ε混相薄膜、ε-Ga₂O₃纯相薄膜,呈三维岛状生长模式。在ε-Ga₂O₃纯相薄膜的基础上,随着氧气流量的增加,结晶质量先稳定后下降,生长速率先增加后降低,最高达到3μm/h。通过退火,获得了β-Ga₂O₃纯相薄膜,表面粗糙度由10.80 nm降低至5.42 nm。在利用Mist-CVD法进行不同晶相外延调控及其生长机理研究方面具有一定借鉴意义。