靶衬间距对传输中溅射粒子密度和速度分布的影响

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法,研究了脉冲激光烧蚀沉积纳米硅(Si)晶薄膜过程中,靶衬间距对传输中溅射粒子密度和速度分布的影响。研究结果表明,在相同时刻,烧蚀粒子和环境气体的交叠区离开靶面的距离随靶衬间距的增加而增大,并且到达离开表面最大距离的时间随靶衬间距的增大而明显增长。速度分布曲线的峰位和峰值强度均出现了周期性变化的趋势,并且均随着靶衬间距的增大而增长。     

调整靶衬间距实现纳米Si晶粒尺寸的均匀可控

采用脉冲激光烧蚀装置,在10 Pa的氩气环境下,在1～6 cm范围内调整衬底与靶的距离沉积制备了纳米Si薄膜.X射线衍射(XRD)谱和Raman谱测量均证实,纳米Si晶粒已经形成;利用扫描电子显微镜(SEM)观测了所形成的纳米Si薄膜的表面形貌.结果表明,随着靶衬间距的增加,所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸减小(尺寸均匀性变差),在3 cm时达到最小值(尺寸分布最均匀),而后开始增大(尺寸均匀性变差).利用蒙特-卡罗(Monte Carlo)方法,对不同靶衬间距下烧蚀产物的输运动力学过程进行了数值模拟,得到与实验结果相同的结论.     

激光烧蚀制备按尺寸自然分离的纳米Si晶粒

提出了一种将激光烧蚀制备的纳米Si晶粒按尺寸大小进行分离的新方法。在10 Pa高纯环境气体Ar下,采用波长为308 nm的XeCl准分子激光器,固定激光单脉冲能量密度为3 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000Ω.cm的高纯单晶Si靶,在等离子羽轴线正下方2.0 cm处平行放置一系列单晶Si或玻璃衬底来收集纳米Si晶粒。拉曼(Raman)谱测量结果显示,在距靶平行距离为0.5-2.8 cm范围内,所制备的薄膜中均有纳米Si晶粒形成。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的表面形貌,对图中的纳米Si晶粒统计分析表明,随着离靶平行距离的增大,所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸逐渐减小。从烧蚀动力学角度对实验结果进行了定性解释,因为不同尺寸的纳米Si晶粒获得了不同的水平速度,所以在重力作用下实现了尺寸的自然分离。     

掺铒对激光烧蚀制备纳米硅晶薄膜形貌的影响

在2×10-4 Pa真空下，采用XeCl准分子激光器(波长308 nm)，调整激光单脉冲能量密度为3 J/cm2，交替烧蚀高纯单晶硅(Si)靶和铒(Er)靶，通过调整辐照两靶的激光脉冲个数比来控制掺Er浓度，分别在Si衬底和石英衬底上制备了掺Er非晶Si薄膜。在N2气保护下经高温热退火实现纳米晶化，退火时间为30 min。采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得到的样品的表面形貌显示，铒掺杂影响着薄膜的表面形貌，与不掺Er情况相比，掺入适量的Er可以在较低的退火温度下得到晶粒尺寸分布更均匀的薄膜;拉曼谱的测量结果表明，在相同的退火温度下，Er的掺入有利于晶粒的长大，但同时降低了薄膜的晶化度，掺Er非晶Si薄膜要实现完全晶化需要更高的退火温度。     

激光脉冲频率对纳米Si晶薄膜形貌的影响

在气压为10 Pa的惰性气体Ar环境下,采用XeCl准分子激光器(波长308 nm),调整激光单脉冲能量密度为4 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000Ω.cm的高纯单晶Si靶,在玻璃或Si衬底上沉积制备了纳米Si晶薄膜。实验中靶和衬底间距离保持为3 cm,对衬底既没有加温也没有冷却。拉曼(Raman)谱测量结果表明,所制备的薄膜中已有纳米Si晶粒形成。保持脉冲总数不变,分别取激光脉冲频率为1 Hz,3 Hz,10 Hz和20 Hz,相应沉积时间约为10 min,3.3 min,1 min和0.5 min,采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得样品的表面形貌,不同脉冲频率下的结果比较显示,脉冲频率越大,制备的纳米Si晶薄膜的平均晶粒尺寸就越小,晶粒尺寸分布也越均匀。沉积动力学过程的非线性是导致实验出现该结果的原因。     

非晶硅薄膜的准分子激光晶化研究

利用Kr准分子激光器晶化非晶硅薄膜, 研究了不同的激光能量密度和脉冲次数对非晶硅薄膜晶化效果的影响.利用X 射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对晶化前后的样品的物相结构和表面形貌进行了表征和分析.实验结果表明, 在激光频率为1 Hz 的条件下, 能量密度约为180 mJ/cm2时,准分子激光退火处理实现了薄膜由非晶结构向多晶结构的转变;当大于晶化阈值180 mJ/cm2小于能量密度230 mJ/cm2时, 随着激光能量密度增大, 薄膜晶化效果越来越好;激光能量密度为230 mJ/cm2时, 晶化效果最好、晶粒尺寸最大, 约60 nm, 并且此时薄膜沿Si(111)面择优生长;脉冲次数50 次以后对晶化的影响不大.     

外加氦气流下脉冲激光沉积制备纳米硅晶粒成核区宽度的计算

在室温、10 Pa氦气氛围中,采用脉冲激光沉积(PLD)技术,通过在烧蚀羽辉正上方距靶面不同位置垂直引入一束氦气流,在烧蚀点正下方与烧蚀羽辉轴线平行放置的衬底上沉积了一系列纳米Si晶薄膜。扫描电子显微镜(SEM)、拉曼(Raman)散射光谱和X射线衍射(XRD)谱检测结果均表明,纳米Si晶粒在距靶一定的范围内形成,其尺寸随与靶面距离的增加先增大后减小。在分析衬底上的晶粒尺寸及其位置分布的基础上,结合流体力学模型、成核分区模型、热动力学方程以及晶粒形成后的类平抛运动,计算得出了纳米Si晶粒的成核区宽度为56.2 mm。     

非晶硅薄膜YAG激光微晶化晶粒生长研究

以单晶硅(111)为衬底,以等离子体增强化学气相沉积技术制备的非晶硅薄膜为前驱物,采用YAG激光晶化技术实现从非晶硅薄膜到纳米晶硅薄膜的相变过程。采用X射线衍射仪和原子力显微镜对YAG激光晶化薄膜进行了表征与分析。结果表明:薄膜的晶粒尺寸在纳米级;随着激光脉冲频率的增加,晶粒尺寸先变大后变小,其最佳结晶频率区间为10～12 Hz。     

平顶绿光晶化制备多晶硅薄膜

利用倍频Nd∶YAG激光器使玻璃基底上沉积的非晶硅薄膜成功实现了晶化.YAG激光器的倍频绿光经蝇眼透镜阵列整形后得到一光强均匀分布的平顶光束,并用此光束对非晶硅薄膜进行扫描晶化处理.分别测量了激光晶化前后薄膜的拉曼谱和表面形貌.测量结果表明,非晶硅实现了到多晶硅的相变,且晶化处理后表面起伏度明显增大.根据拉曼谱的数据计算了不同激光能量密度下薄膜的粒度大小和结晶度.结果表明,在一定能量密度(400～850 mJcm2)范围内,结晶膜的晶粒粒度和结晶度随激光能量密度升高而增大.然而能量密度大于1000 mJ/cm2后,检测不到明显的多晶硅特征峰.激光能量密度在850 mJ/cm2左右可得到最佳晶化效果.     

喷射CVD法制备金刚石厚膜及其内应力分析

采用直流电弧等离子体喷射CVD法制备出金刚石薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、Raman光谱及X射线衍射(XRD)等研究基底温度对金刚石厚膜生长特性及内应力的影响。结果表明:950℃基底温度生长的金刚石厚膜结晶性能较好,纯度较高;而850℃和1050℃生长的金刚石厚膜表面呈现大量的孪晶缺陷,结晶度较低,同时出现较多的非金刚石碳,纯度较低。随着基底温度的增加,(111)晶面和(311)晶面的衍射峰强度逐渐增强,(220)晶面的衍射峰强度逐渐降低。850℃和950℃基底温度生长的金刚石厚膜的宏观应力和微观应力都呈现出拉应力,1050℃基底温度生长的金刚石厚膜的宏观应力和微观应力都呈现出压应力。     

a-SiGe_x∶H薄膜准分子激光晶化的研究

用KrF准分子激光、XeCl准分子激光在不同条件下对Ge含量不同的四种a－SiGex∶H样品进行退火。只要激光退火能量密度合适，Ge含量不同的a－siGex∶H薄膜都可以被多晶化；随着Ge含量的增加，激光晶化阈值能量密度降低，耐退火能力也降低；在相同的激光晶化能量密度下，Ge含量越高的薄膜，激光晶化的效果越好，晶粒尺寸长得越大。     

热丝CVD法生长纳米金刚石薄膜的研究

系统地研究了热丝CVD法中反应气体压力对沉积产物金刚石薄膜的形貌和拉曼谱图的影响,提出了热丝CVD生长纳米金刚石薄膜的新工艺,并在50mm硅片上沉积得到高质量的多晶纳米金刚石薄膜。高分辨透射电镜分析表明,薄膜的晶粒尺寸约为10nm,〈111〉晶面间距为0.2086nm,与标准值0.2059nm很接近,晶粒周围由非晶结构包围。紫外激光拉曼光谱有尖锐的金刚石峰和明显的石墨峰。     

影响激光诱导等离子体喷射速度的因素

利用光学多通道分析仪（ＯＭＡⅢ）分析了脉冲激光沉积ＢａＴｉＯ３薄膜过程中激光诱导等离子体束的飞行时间谱。根据不同实验参数与条件下等离子体束的飞行时间谱的特征，讨论了条件对等离子体喷射速度的影响。结果表明，在脉冲激光沉积薄膜的情况下，喷射等离子体的飞行速度主要依赖于作用于靶面的激光能量密度。     

a—SiGex：H薄膜准分子激光晶化的研究

用ＫｒＦ准分子激光、ＸｅＣｌ准分子激光在不同条件下对Ｇｅ含量不同的四种ａ－ＳｉＧｅ：Ｈ样品进行退火，只要激光退火能量密度合适，Ｇｅ含量不同的ａ－ＳｉＧｅ：Ｈ薄膜都可以被多晶化；随着Ｇｅ含量的增加，激光晶化阈值能量密度降低，耐退火民降低；在相同的激光晶化能量密度下，Ｇｅ的含量越高的薄膜，激光晶化的效果越好，晶粒尺寸长得越大。     

激光能量对沉积纳米Si薄膜晶粒尺寸的影响

为了制备纳米硅薄膜,采用脉冲激光沉积系统,保持靶材和衬底间距不变,在不同激光能量条件下,得到一系列纳米Si薄膜。利用喇曼散射光谱和X射线衍射谱对晶粒尺寸进行了计算和分析,取得了几组数据。结果表明,改变脉冲激光能量时,纳米Si晶粒平均尺寸均随能量的增强先增大后减小;在单脉冲能量为300mJ时制备的纳米Si晶粒平均尺寸最大,为8.58nm。这一结果对纳米硅薄膜制备的研究有积极意义。     

脉冲激光退火纳米碳化硅薄膜的拉曼散射研究

采用XeCl准分子激光实现了碳化硅薄膜的脉冲激光晶化,对退火前后薄膜样品拉曼散射谱特征进行了分析,探讨了激光能量密度对纳米碳化硅薄膜结构和物相特性的影响.结果显示晶态纳米碳化硅薄膜的拉曼散射峰相对体材料的特征峰显著宽化和红移,并显示了伴随退火过程存在着硅和碳的物相分凝现象.随着激光能量密度的增大,薄膜的晶化度提高,晶化颗粒增大,而伴随的分凝程度逐渐减小.     

Y_1Ba_2Cu_3O_x高温超导体准分子激光诱导等离子体发射光谱的研究

准分子激光烧蚀法在高温超导薄膜制备技术中取得的极大成功激励着人们去探索和揭示准分子激光烧蚀过程的动力学机制和薄膜外延生长的机理。目前,人们集中研究的主要问题包括:(i)超导体受到高能量密度紫外脉冲激光的照射时,是何种作用机制导致了大量靶材物质沿着靶面法线方向的喷射。(ii)由靶面喷射出的物质以何种形式和形态出现,究竟是原     

基于人工神经网络激光烧蚀制备PDPhSM基纳米复合薄膜聚合效率的预测

为有效缩短脉冲激光烧蚀制备有机硅聚合物聚二苯基硅亚甲基硅烷(PDPhSM)基纳米复合薄膜工艺中繁琐的实验过程,分别采用多层前馈(BP)神经网络和径向基函数(RBF)神经网络对PDPhSM基纳米复合薄膜的制备工艺与聚合效率之间的关系进行建模,并将其运用到聚合效率的预测中去,讨论了激光能量密度、环境压强、靶衬距离、沉积时间和聚合效率之间的关系。克服了以往单因素实验法不能正确反映制备工艺和聚合效率之间复杂的非线性关系的弱点。预测和验证结果均表明实验值和网络预测值之间相对误差都在10%以内,但径向基函数神经网络较多层前馈神经网络能够更精确、更可靠地逼近它们之间的非线性关系。该方法为有效、快捷、经济地开发研制PDPhSM基纳米复合薄膜提供了新的思路和有效手段。     

磁控溅射不同厚度铝薄膜的微结构及其表面形貌

用直流磁控溅射法在室温的Si(100)基底上制备了21～55 nm范围内不同厚度的铝膜,并用X射线衍射和扫描电镜对薄膜的结构和表面形貌进行了表征.分析结果表明:制备的铝薄膜呈多晶状态,晶粒择优取向为(111),随着膜厚的增加,Al(100)衍射峰宽变窄,薄膜的平均晶粒尺寸逐渐增大,晶面间距逐渐减小,薄膜中的残余应力减小.膜厚为55 nm时,Al膜均匀致密.     

射频磁控溅射法低温沉积MnZn铁氧体薄膜

采用磁控溅射法在Si(100)、Si(111)和玻璃基片上原位沉积MnZn铁氧体薄膜,用X线衍射(XRD)仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)表征薄膜的物相结构与微观形貌,用振动样品磁强计(VSM)测试薄膜的磁性能.结果表明,在Si(100)基片上原位沉积的MnZn铁氧体薄膜,在较低的基片加热温度(Ts=50℃)下即可晶化;Ts升高,MnZn铁氧体薄膜的XRD衍射峰强度逐渐增强;当Ts≤150℃时,MnZn铁氧体薄膜X线衍射主峰为(311),但当Ts≥200℃后,MnZn铁氧体薄膜沿{111}晶面生长.在Si(111)和玻璃基片上沉积的MnZn铁氧体薄膜,其XRD衍射主峰分别为(111)和(311).