磁控溅射法制备铝薄膜锂离子电池负极材料

本论文通过磁控溅射技术使用高纯铝靶材在铜箔上沉积制备了铝薄膜,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对其组成和结构进行了表征,然后作为锂离子电池负极材料对其电化学性能进行了测试。结果表明铝薄膜由晶体的纳米颗粒组成,并且均匀的覆盖在铜箔表面。作为锂离子电池负极材料表现出2184 mAh/g的初始放电比容量,充放电10次后,可以维持80%的初始比容量。容量的衰减是由于在锂离子嵌入和脱出过程中,铝薄膜会发生大的体积膨胀和收缩,导致铝负极发生破裂粉化及结构崩塌。可以利用磁控溅射技术对铝薄膜厚度和结构进行调控,从而进一步提高锂离子电池铝薄膜负极的循环稳定性。     

真空热压烧结对高纯W-Si合金靶材性能影响

以高纯W-Si合金粉(>99.995%)为原料,采用真空热压烧结工艺制备高纯W-Si合金靶材。研究烧结温度、热压压力、保温时间等工艺条件对靶材密度、微观组织性能的影响。结果表明,烧结温度在1350~1380℃,热压压力25~30 MPa,保温时间1.5~2 h,可制备出相对密度99%以上、平均晶粒尺寸100μm以内的高性能W-Si合金靶材。     

高频滤波器件中AlSc材料的应用及研究进展

伴随5G高频移动通信、物联网时代到来,微机电系统（micro-electro-mechanical system, MEMS）器件在国防安全、工业智能和智能生活等领域拥有巨大应用市场,基于压电效应的射频滤波器、传感器、换能器等是重点发展的关键半导体器件。为满足器件的高频、大带宽、小型化、集成化需求,具有高机电耦合系数并且与当前集成电路工艺高度兼容的AlScN薄膜是新一代压电MEMS器件的核心。AlSc二元合金靶材作为磁控溅射工艺制备AlScN薄膜的关键材料,其品质的好坏直接决定薄膜性能的优良。本文以AlScN压电薄膜在高频滤波器中的应用为背景,介绍了Sc掺杂AlN薄膜的研究进展,阐述了AlSc二元合金溅射靶材在磁控溅射制备AlScN薄膜中的优势,论述了AlSc二元合金靶材的制备方法和关键性能表征,分析了国内外在此领域的研究成果及未来的研究方向。深入开展AlSc二元合金溅射靶材的制备及应用研究,有助于推进新一代信息技术用高纯稀土靶材的研发进程,具有显著的现实意义。     

集成电路用高纯金属溅射靶材发展研究

高纯金属溅射靶材是集成电路用关键基础材料，对实现集成电路用靶材的全面自主可控，推动集成电路产业高质量发展具有基础性价值。本文分析了集成电路用高纯金属溅射靶材的应用需求，梳理了相应高纯金属溅射靶材的研制现状，涵盖高纯铝及铝合金、高纯铜及铜合金、高纯钛、高纯钽、高纯钴和镍铂、高纯钨及钨合金等细分类别。在凝练我国高端靶材制备关键技术及工程化方面存在问题的基础上，着眼领域2030年发展目标，提出了集成电路用高纯金属溅射靶材产业的重点发展方向：提升材料制备技术水平，攻克高性能靶材制备关键技术，把握前沿需求开发高端新材料，提升材料分析检测和应用评价能力。研究建议，开展“产学研用”体系建设，解决关键设备国产化问题，加强人才队伍建设力度，掌握自主知识产权体系，拓展国际合作交流，以此提升高纯金属溅射靶材的发展质量和水平。     

钌金属溅射靶材烧结工艺研究

采用热压、放电等离子烧结及直接热压等粉末冶金工艺制备了钌金属溅射靶材,通过对致密度、晶粒度与氧含量分析研究了工艺过程对钌金属靶材制备的影响,并对比分析了三种方法制备钌靶的特点。结果表明:通过工艺优化利用三种方法均能制备出相对密度达到99%以上的高密度钌靶;随着制备温度的升高,钌靶氧含量降低,晶粒尺寸增大;热压工艺制备周期最长,钌靶表面有晶粒粗大层;放电等离子烧结与直接热压工艺都具有快速、近净成形的特点。     

纳米硅层状薄膜及其p-i-n太阳能电池的研制

通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法分别制备了本征、掺磷和掺硼的氢化纳米硅薄膜(nc-Si:H),并制备出纳米硅复合层状薄膜.对薄膜样品进行了喇曼(Raman)散射谱,X射线衍射等分析测试.结果表明:掺杂元素对纳米硅薄膜的晶态比和晶粒大小存在不同程度的影响;通过薄膜表面衍射(XRD)可得到硅的(111),(220)和(311)三个晶面衍射峰;并在制得的纳米硅复合层状薄膜的基础上,制备了结构为Al/ITO/n -nc-Si:H/i-nc-Si:H/p-c-Si/Al/Ag的太阳能电池.该电池的开路电压、短路电流和填充因子与非晶硅太阳电池相比,均得到很大的提高.     

高密度高导电性ITO靶研制

采用化学共沉淀法掺金属Nb,Ta和P到ITO材料中可使ITO(IndiumTinOxide)靶相对密度达到97%~99%,并且靶电阻率小于3.0×10-4??cm,其质量损失率小于4.0%。采用直接掺杂法将TiO2纳米粉末掺入到纳米ITO粉末中可使ITO靶相对密度达到95%以上。当烧结温度为l500℃时,掺Nb,Ta,P的ITO靶电阻率稍小于纯ITO靶的电阻率。     

掺铌纳米ITO粉末制备及其ITO膜光电性能研究

采用均相共沉淀法制备出掺铌纳米ITO粉末,粉末经模压、高温烧结成高密度ITO靶（相对密度达99％以上）,用直流磁控溅射法制备掺铌铟锡氧化物薄膜（Indium Tin Oxides简称ITO膜）。通过样品电阻实时监测装置,研究分析了溅射成膜时电阻变化规律及真空环境等对样品光电性能的影响。采用四探针测试仪、紫外-可见分光光度计、X射线衍射（XRD）及电子能谱仪（EDX）对样品进行了测试分析,结果表明：掺铌ITO膜的电阻率最小可达到2．583×10^-4 Ω·cm,可见光范围（400—800nm）平均透过率最高可达到93％。     

高纯W-Si合金粉的研制

以高纯W粉、Si粉为原料,在真空环境下进行高温预合金化处理,制备了高纯W-Si合金粉。通过优化,确定了最佳预合金化温度为1000℃;合金粉中,单质W相消失,生成WSi2相。粉末粒度呈单峰分布,d50为21.037μm,d90为50.905μm,纯度可达到99.995%以上。采用合金粉烧结的磁控溅射靶材的微观组织、成分均匀分布,解决了W-Si靶材成分难以均匀的难题。     

高纯致密氧化镁陶瓷的常压和真空烧结

MgO为重要的功能型材料,磁隧道结(MTJ)以MgO薄膜作为势垒层时在室温下具有巨大的隧穿电阻效应。实验采用冷等静压(CIP)工艺将高纯MgO粉末(纯度99.99%)压制成相对密度为60%左右的坯体,再在500℃充分煅烧后分别进行常压烧结和真空烧结。通过优化烧结工艺参数,可制备得到用于溅射沉积MgO薄膜的高纯高致密MgO陶瓷靶。为了探讨烧结温度、保温时间、烧结气氛对MgO陶瓷致密化和晶粒生长的影响,对烧结后的MgO陶瓷进行取样,并对试样进行金相(OM)观察、X射线衍射(XRD)测试、断面扫描电镜(SEM)观察。结果表明:与常压烧结气氛相比,真空烧结气氛能明显提高MgO陶瓷的致密度,且在烧结中后期封闭气孔形成后真空烧结的作用更显著;在真空气氛进行1500℃保温4 h烧结,可得到相对密度为99.12%,平均晶粒尺寸11.71μm的高纯MgO陶瓷;真空烧结的MgO陶瓷晶粒尺寸更均匀,尺寸标准差低于4.8μm,晶粒沿(200)方向择优生长的趋势更明显,而常压烧结的MgO陶瓷晶粒尺寸分布范围较广,晶粒的择优生长趋势不明显。