PECVD氮化硅薄膜性质及工艺研究

为了制备高质量氮化硅薄膜,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)进行氮化硅的气相沉积,讨论了工艺参数对薄膜性能的影响,验证设备工艺均匀性和批次间一致性。通过高低频交替生长低应力氮化硅薄膜,并检测薄膜应力,对工艺进行了优化,探索最佳的高低频切换时间。研究了PECVD氮化硅薄膜折射率、致密性、表面形貌等性质,制备出了致密的氮化硅薄膜。研究结果表明,PECVD氮化硅具有厚度偏差小、折射率稳定等特点,为其在光学等领域的应用打下了基础。     

压电传感器材料的铁电特性研究

本文采用溶胶-凝胶工艺制备了不同Mn离子掺杂浓度的PZT薄膜.研究了不同掺杂浓度对压电传感器薄膜铁电特性的影响.试验结果表明当Mn离子含量较少时,Mn在PZT中主要表现施主掺杂特性,薄膜铁电性能提高;而当浓度增大时,薄膜性能降低.     

PZT铁电薄膜介电性能的数字锁相测试技术

在DSP上实现的数字锁相测试系统,采用数字锁相算法来完成对信号的锁相测试。基于该系统开发出了简单、可靠、可调性好并具有较高精度的PZT铁电薄膜介电性能测试系统。实验表明,使用该系统测得的样品介电常数的相对误差小于1 %,能够满足PZT铁电薄膜制备技术以及微机电系统中器件设计对薄膜性能测试的要求。     

PECVD法硅基氮化硅薄膜的制备及其耐磨性研究

以N(111) 型的单晶硅片为基体,运用PECVD-2D等离子体化学气相淀积台在单晶硅片表面沉积氮化硅薄膜,通过薄膜颜色与厚度间的关系探讨了制备工艺参数对薄膜厚度的影响,用原位纳米力学测试系统对氮化硅薄膜的纳米硬度进行测定,在UMT-2型摩擦试验机上对不同制备工艺的硅基氮化硅薄膜进行耐磨寿命试验.结果表明:随着沉积温度的升高,薄膜厚度逐渐递减,SiH4和N2流量比越大,薄膜厚度越大;温度越高,薄膜硬度越大,耐磨寿命越长;随着SiH4和N2流量比的增加,薄膜硬度和耐磨寿命均先增加后减小.     

镧掺杂PZT薄膜的制备和表征

采用溶胶凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(100)基底上制备掺镧锆钛酸铅薄膜(Pb_(1-x)La_xZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3薄膜,简称PLZT),掺杂La浓度分别为x=0%,1%,2%,3%,4%和5%。研究了La掺杂对锆钛酸铅(简称PZT)薄膜的晶向、微结构、介电和铁电性能的影响:X射线衍射(XRD)分析显示掺杂La使得薄膜的晶向取向趋于杂乱。扫描电子显微镜(SEM)分析显示当掺杂浓度小于等于3%时,薄膜的表面可以看到明显的晶界;随着掺杂浓度的增加,薄膜表面的晶界变得模糊。掺杂La 3%的PLZT薄膜的相对介电常数最大,100 Hz下达到1430.02,相比不掺杂PZT薄膜的相对介电常数提高了32.4%。掺杂La 1%的PLZT薄膜的铁电性能最优,相比不掺杂的PZT薄膜,+Pr从17.3μC/cm~2增加到17.72μC/cm~2,-Pr从14.43μC/cm~2增加到16.98μC/cm~2。     

1-3型压电智能建筑材料性能研究

以压电陶瓷PZT为功能相,环氧树脂聚合物为基体,采用切割-浇注的方法制备了1-3型压电智能建筑材料。研究了PZT体积分数和环境温度对复合材料介电性能、机电性能及频率特性的影响。试验结果表明,随PZT体积分数的增加,相对介电常数ε33增大,介电温度稳定性变差,厚度谐振模和平面谐振模强度均变大,谐振频率fs增大;随温度的升高,不同PZT体积分数复合材料的相对介电常数ε33逐渐增大,厚度谐振模增强,平面谐振模减弱,谐振频率fs减小。     

微机电火工品薄膜结构换能元

为了满足MEMS火工品的小型化、集成化和低能发火等要求,本文基于MEMS技术,设计了一种平面"蛇"形结构的薄膜换能元,采用磁控溅射等MEMS薄膜制作技术,完成了不同薄膜桥区电阻和基底材料薄膜换能元样品的制备,采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),低电阻测试仪、红外热像仪等设备,完成了不同换能元样品结构(薄膜桥区线宽、长度及厚度等)及性能(电阻、电热响应等)参数的测试与表征。通过分析研究,获得了薄膜桥区电阻材料、基底材料、薄膜厚度以及桥区结构形状对换能元性能的影响规律,优选确定以金属Pt和7740玻璃作为换能元电阻及基底材料,发火性能达5V/33μF,满足MEMS火工品的低能化要求。     

压电PZT薄膜上超细电极的制备

压电PZT薄膜具有横向压电系数大,与MEMS工艺兼容性高等优点,在制作以压电PZT薄膜为核心的MEMS器件,如压电应力光开关时,需要将电极宽度缩小至10μm,甚至5μm,但长度仍需保持在8000μm,电极长宽比达1600:1.针对目前MEMS器件应用需求,提出使用双层光刻胶剥离法来实现超细电极的制备,使用溶胶凝胶法制备压电PZT薄膜作为电极沉积衬底,研究了电极剥离的工艺流程并对电极进行性能测试.结果表明,双层光刻胶剥离法可以在溶胶凝胶法制备的压电PZT薄膜上制备长8000μm、宽5μm的电极,电极剥离完全,图形完整,可以实现双端导通.     

退火制度对PZT铁电薄膜性能的影响

铁电薄膜的性质对于硅基MEMS器件有重要的影响,鉴于此本文尝试通过改善退火工艺以提高PZT薄膜的铁电和压电性质.采用溶胶凝胶法,在Si/SiO2/Ti/Pt衬底上制备了PZT铁电薄膜.实验中,采用一次退火工艺和每层退火工艺制备了两种PZT薄膜,采用XRD对薄膜的晶体结构进行分析,通过C-V和I-V特性的研究发现,每层退火工艺有助于提高PZT薄膜的C-V性质,并降低漏导电流.     

PDDA/PSS分子沉积膜的摩擦学行为研究

以聚对苯乙烯磺酸钠为聚阴离子,聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐为聚阳离子在基底上交替沉积制备分子沉积膜。用紫外-可见吸收光谱仪、接触角测量仪、原子力显微镜对所制备的有序薄膜进行了表征。用UMT-2摩擦仪考察了超薄膜的摩擦学行为,结果表明,所制备的超薄膜具有良好的减摩抗磨性能,薄膜的表面电荷及亲水、疏水性对其摩擦学行为有较大影响,负电荷表面、亲水性强的表面在较高湿度下,耐磨寿命较长。     

压电PZT薄膜上超细电极的制备

压电PZT薄膜具有横向压电系数大,与MEMS工艺兼容性高等优点,在制作以压电PZT薄膜为核心的MEMS器件,如压电应力光开关时,需要将电极宽度缩小至10μm,甚至5μm,但长度仍需保持在8000μm,电极长宽比达1600:1.针对目前MEMS器件应用需求,提出使用双层光刻胶剥离法来实现超细电极的制备,使用溶胶凝胶法制备压电PZT薄膜作为电极沉积衬底,研究了电极剥离的工艺流程并对电极进行性能测试.结果表明,双层光刻胶剥离法可以在溶胶凝胶法制备的压电PZT薄膜上制备长8000μm、宽5μm的电极,电极剥离完全,图形完整,可以实现双端导通.     

压电PZT薄膜上超细电极的制备

压电PZT薄膜具有横向压电系数大,与MEMS工艺兼容性高等优点,在制作以压电PZT薄膜为核心的MEMS器件,如压电应力光开关时,需要将电极宽度缩小至10μm,甚至5μm,但长度仍需保持在8000μm,电极长宽比达1600:1.针对目前MEMS器件应用需求,提出使用双层光刻胶剥离法来实现超细电极的制备,使用溶胶凝胶法制备压电PZT薄膜作为电极沉积衬底,研究了电极剥离的工艺流程并对电极进行性能测试.结果表明,双层光刻胶剥离法可以在溶胶凝胶法制备的压电PZT薄膜上制备长8000μm、宽5μm的电极,电极剥离完全,图形完整,可以实现双端导通.     

氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响

用直流反应磁控溅射法在Si(100)基底上制备了TiN薄膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对其结构和形貌进行了表征,利用四探针测试仪测量了TiN薄膜的方块电阻,使用紫外可见分光光度计测定了薄膜反射率;研究了溅射沉积过程中氩气与氮气流量比对TiN薄膜结构及性能的影响.结果表明:在不同氩气与氮气流量比下,所制备薄膜的主要组成相是(200)择优取向的立方相TiN;随着氩气与氮气流量比的增加,薄膜厚度逐渐增大,而表面粗糙度与电阻率先减小后增大;当氩气与氮气流量比为15:1时,薄膜表面粗糙度和电阻率均达到最小值;TiN薄膜的反射率与氩气与氮气流量比的关系不大.     

脉冲激光溅射及富-锆PZT薄膜的性能研究

采用脉冲激光溅射方法将PZT/YBCO沉积在LaAlO3(LAO)基底上,所选择的烧结靶材是Pb(Zr0.94Ti0.06)O3+2%Bi2O3.沉积YBCO和PZT薄膜的基底温度分别为710℃和570℃.整体结构PZT/YBCO/LAO在600℃的基底温度下退火15min.本文通过X射线衍射分析观察了薄膜的结晶状态,利用P-V曲线估计PZT薄膜的电学性质,并测量出薄膜的介电常数与频率(ε-f)以及介电损耗与频率(tanδ-f)的关系曲线.     

PT/PZT/PT薄膜微力传感器

提出了一种基于PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器.运用Sol-Gel(溶胶-凝胶)法制作了PT和PZT薄膜,采用X射线衍射技术表征了PZT和PT/PZT/PT两种薄膜的成相特征,用阻抗分析仪测试了PZT和PT/PZT/PT薄膜的介电常数.结果表明,在PZT薄膜退火温度同为600℃时,PZT和PT/PZT/PT薄膜均为完整的钙钛矿结构,而且PT/PZT/PT薄膜沿(100)晶向强烈取向;在测试频率为1 kHz时,经600℃热处理条件下制备的PZT和PT/PZT/PT薄膜的相对介电常数分别为525和981.最后应用MEMS工艺制作了基于PT/PZT/PT压电薄膜微悬臂梁结构的微力传感器.在静态和准静态下对微力传感器的传感特性进行了测试.测试结果表明,力与位移或电荷具有良好的线性关系.两种尺寸微力传感器的灵敏度分别为0.045 mV/μN和0.007 mV/μN,力分辨率分别为3.7 μN和16.9μN,满足了微牛顿量级微小力的测量.     

水热合成法制备PZT压电薄膜工艺研究

对水热合成法制备Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)薄膜的原理进行了讨论,以钛、锆的醇盐和硝酸铅等为原料制备出PZT压电薄膜,利用X射线衍射对PZT压电薄膜的成分进行了分析,利用扫描电子显微镜(SEM)对PZT晶体形成过程的变化进行了分析.X射线衍射分析表明,晶体成核阶段,PbZrO3(PZ)成分较多,晶体生长阶段,PZ成分减少,PZT成分逐渐增多.2次重复生长过程后,SEM扫描图像所得为四方形PZT晶体,颗粒平均尺寸为5μm,与Shimomura和Kanda实验所得的PZT晶体颗粒在大小和形状上基本相同,为钙钛矿型结构.     

静电诱导自组装碳纳米管薄膜的结构表征与电学性能

为了给高性能微机电系统（MEMS）薄膜器件提供复合功能薄膜材料,本文将功能化碳纳米管与聚电解质溶液交互沉积技术用于静电诱导逐层自组装碳纳米管/聚合物薄膜。对薄膜制备及其性能的可调控性进行了表征和测试。扫描电镜显微（SEM）形貌观察表明,碳纳米管与聚合物分子链结合致密,形成了质地均匀的随机碳纳米管网络结构。拉曼光谱结果表明,碳纳米管在径向呼吸、缺陷振动、拉伸振动等模式下的指纹特征光谱证实了碳纳米管的有效组装和加载。用石英晶体微天平（QCM）对碳纳米管/聚合物薄膜自组装过程进行了在线实时监测,结果揭示了沉积薄膜厚度和薄膜结构的可调控性。当聚电解质层数由0递增到5时,子层膜厚由6.31 nm增加到111.59 nm,碳纳米管加载体积比由72.35 %减小到14.78 %。此外,基于I-V表征研究了碳纳米管填充体积比及其薄膜厚度对碳纳米管/聚合物薄膜电学特性的影响,为实现碳纳米管/聚合物薄膜电学性能的可调节性提供了实验及理论依据。     

氮化硅陶瓷表面DLC膜的制备及摩擦性能研究

利用等离子体基离子注入与沉积技术,在氮化硅陶瓷片表面制备200～400nm的类金刚石碳膜。测试薄膜的厚度、表面形貌、结构、膜基结合力,利用球盘试验机考察DLC膜的摩擦性能。结果表明:沉积薄膜均匀光滑;薄膜的硬度和弹性模量与基体差异较小,膜基结合力强;DLC膜具有较低的摩擦因数,抗磨性能优异。     

不锈钢基压电厚膜微悬臂梁传感器的制作与测试

制备了不锈钢基底压电厚膜微悬臂梁传感器。利用精密激光加工技术制备了厚度为100μm的不锈钢微悬臂梁基底,由于不锈钢具有良好的导电性,可以作微悬臂梁传感器的下电极,采用模板辅助电雾化沉积技术在不锈钢微悬臂梁基底上制备了厚度为20μm的致密PZT厚膜,利用磁控溅射技术制备了30/200 nm厚的Ti/Pt上电极,最终形成了压电厚膜微悬臂梁传感器。多普勒激光测振实验表明,在20 V的激励电压下,压电厚膜微悬臂梁谐振频率为19 kHz。     

纳米尺度金属薄膜在拉伸状态下的稳定性

将薄膜和基底作为一个基本结构来研究薄膜的变形和损坏可预测纳米薄膜器件的使用寿命.本文讨论和研究了薄膜基底结构在拉伸载荷下薄膜出现的分叉和断裂的过程.用在相同厚度的PET基底上沉积不同厚度铝膜的薄膜基底结构作为试件,分别对薄膜厚度为100,150和200 nm的3种不同试件进行了拉伸加载实验,并在OLYMPUS显微镜下观...