F原子与Si表面相互作用的动力学研究

采用分子动力学方法模拟了F原子与Si表面相互作用,F原子入射能量分别为0.3,1,3,5,7和9 eV。在模拟过程中,F原子的沉积率与Si表面悬键密度有关,而Si原子的刻蚀率与表面晶格结构破坏程度有关,随着Si原子刻蚀率的增加,样品高度降低。在不同能量F原子作用下,样品Si表面形成Si-F反应层。Si-F反应层的厚度随入射能量的增加而增加,其组成成分对产物有至关重要的影响。     

Ar~+与氟化的Si样品相互作用机制的研究:分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了Ar+与表面含有C,F反应层的Si样品的相互作用过程,以了解Ar+与氟化的Si的作用机制。为了和相对应的实验结果做比较,选择了两种样品,表面富F样品和表面富C样品。模拟结果表明,对于表面富F样品,能清楚地看到Si的刻蚀且随着入射能量的增加Si的刻蚀增加。当入射Ar+数量到达一定程度后Si的刻蚀完全停止。对于富C样品,几乎没有发生Si的刻蚀,这是由于Si-C键对Si的刻蚀起阻碍作用。     

分子动力学模拟不同入射角度的SiF3+对SiC表面的作用

采用分子动力学模拟方法研究了300K入射能量150eV时,以不同角度(5°、30°、60°和75°)入射的SiF3+与SiC表面的相互作用过程。模拟中使用了用于Si-F-C体系的Tersoff-Brenner势能函数。模拟结果显示,入射SiF3+与SiC表面相互作用后会分解,分解率随着入射角度的增加而减小。分解产物除少量散射外,大部分会沉积在SiC表面,Si和F在SiC表面的平均饱和沉积量随入射角度的增加而减少。随着SiF3+不断轰击SiC表面,SiC表面会形成Si-F-C反应层,且反应层厚度随着入射角度的增加而减少。同时发现SiC中的Si原子较C原子更容易被刻蚀,与实验结果一致。当刻蚀达到稳定,入射角度为5°、30°、60°和75°时,C的刻蚀率分别约为0.026、0.038、0.018、0.005,Si的刻蚀率分别约为0.043、0.051、0.043和0.023。各入射角度下,产物分子种类主要为F、SiF和SiF2。F和SiF产物量随入射角度增加而增加,而SiF2产量随入射角度增加而减少。在入射角度等于5°和30°时,SixFyCz是主要的含C产物;而在入射角度等于60°和75°时,CF是主要的含C产物。在入射角度等于5°和30°时,SiF2是主要的含Si产物;在入射角度等于60°和75°时,SiF是主要的含Si产物。刻蚀主要通过化学增强的物理溅射进行。     

入射角度对Ar~+与SiC表面相互作用影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了入射角度对Ar+与SiC样品表面相互作用的影响。由模拟结果可知,入射角度对样品原子溅射影响很大。随着入射角度的增大,Si原子和C原子的溅射量先增加后减小。相同入射角度下,Si原子的溅射阈值比C原子的小,Si原子的溅射量大于C原子的溅射量。初始样品在Ar+以不同角度轰击2000次后的形貌各异。产物中主要以Si原子和C原子为主,有少量的Si类和C类产物。入射角度对产物Si原子的角度分布几乎没有影响,而对产物C原子的角度分布有较小的影响。     

钛金属熔融Na_2B_4O_7硼化:热力学和动力学过程

以无水硼砂为硼化剂在金属钛表面进行硼化,通过XRD分析样品表面的物相组成。结果表明,当温度为900℃时,钛金属表面主要生成Na0.23TiO,基本没有硼化物生成;当温度升高到950℃时,钛金属表面只生成少量的硼化物;而当温度高于950℃时,钛金属表面有明显的硼化物生成。随着温度的升高,硼化物种TiB2的量增多,而TiB量减少。热力学分析表明,随着温度的升高,生成TiB2和TiB的趋势应该降低,这与实验结果相矛盾。根据Sar-ma的B原子在金属钛中的扩散动力学,由于低温时B原子在TiB中的扩散速度大于其在TiB2和Ti中的扩散速度,故能同时生成TiB2和TiB;而高温时由于B在Ti中的扩散速度大于其在TiB中的扩散速度,主要生成TiB2,而TiB的生成受到抑制。     

聚变堆中H刻蚀碳氢薄膜的分子动力学模拟

使用分子动力学方法模拟了低能H原子与碳氢薄膜的作用过程,以了解基于核聚变装置中等离子体与C基材料的相互作用机制。模拟中使用REBO(reactive empirical bond order)势函数来描述C-H体系中原子间的相互作用,并使用Berendsen热浴来控制体系的温度。文中着重探讨了入射能量对低能H原子刻蚀碳氢薄膜的影响,入射能量分别为0.3,1,5和10eV。模拟结果显示随着入射能量的增加,H原子的吸附率增加,C原子和H原子的刻蚀率增加。同一能量下H原子比C原子更易发生刻蚀。通过讨论发现在H原子与碳氢薄膜作用过程中,当能量大于1 eV时,由于入射的H原子先沉积在表面并与表面原子发生反应形成碳氢化合物,然后在后续入射粒子的轰击下碳氢化合物在表面发生解吸附现象,从而导致了C原子的刻蚀,因此C原子的刻蚀发生主要是化学增强的物理溅射。     

分子动力学模拟不同入射能量的SiF2与SiC的相互作用

采用分子动力学模拟方法研究了入射能量对SiF2与SiC样品表面相互作用的影响。本次模拟选择的入射初始能量分别为0.3,1,5,10和25 eV。模拟结果显示SiF2分解率与Si和F原子的沉积率有密切的关系。沉积的Si和F原子在SiC表面形成一层SixFy薄膜。随入射能量的增加,薄膜厚度先增加后减小,薄膜中Si-Si键密度增大。构成薄膜的主要成分SiFx(x=1~4)中主要是SiF和SiF2,随入射能量的增加,薄膜成分由SiF2向SiF转变。     

分子束外延生长GaAs中δ掺杂研究

利用二次离子质谱（SIMS）和电化学剖面C－V方法研究了生长温度对GaAs中理想Siδ掺杂结构的偏离和掺杂原子电激活效率的影响。实验发现，外延生长Siδ掺杂GaAs时，随着生长温度的升高，Si掺杂分布SIMS峰非对称展宽，表面分凝作用加强，但不影响Si原子的扩散。另外，Si施主电激活效率随着生长温度的提高而增大。     

Mo原子溅射能量对Mo/Si薄膜微结构的影响

用磁控溅射法制备了Mo/Si薄膜,用AFM和XRD分别研究了Mo原子的溅射能量不同时,Mo/Si薄膜表面形貌和晶相的变化.通过比较发现,随着Mo原子溅射能量的增大,Mo/Si薄膜表面粗糙度增加,Mo和Si的特征X射线衍射峰也越来越强,并且Mo膜层和Si膜层之间生成了MoSi2.Mo原子的溅射能量是诱导非晶Si结晶和MoSi2生成的主要原因.     

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．     

Molecular dynamics simulations of CF3 etching of SiC

Molecular dynamics simulations were performed to investigate CF₃ continuously bombarding SiC surfaces with energies of 100, 150 and 200 eV at normal incidence and room temperature. The simulated results show that the etching rates of Si and C atoms increase linearly with the incident energy. The etch rate of Si atoms is much more than that of C atoms. A carbon-rich surface layer is observed which is in good agreement with experiments. Under bombarding by CF₃, an F-containing reaction layer is formed through which Si and C atoms are removed. In reaction layer, SiF and CF species are dominant. The formation mechanisms of ejected products are discussed. In etching products, SiF₃ is dominant. It is found that etching of C atoms in SiC is controlled by physical sputtering, while etching of Si atoms in SiC is controlled by chemical sputtering.     

SiC材料的低速率浅刻蚀工艺研究

对比研究了SiC材料在CF4+O2混合气体中的ICP刻蚀和RIE刻蚀,获得了刻蚀速率、刻蚀表面粗糙度随刻蚀功率、偏置功率、工作真空、氧含量等工艺条件的变化规律,研究结果表明,通过牺牲一定的刻蚀速率可以获得原子量级的刻蚀表面粗糙度,能够满足SiC微波功率器件研制的要求.     

SiC/Al复合材料超疏水表面的制备

采用化学刻蚀法在SiC/Al复合材料表面构筑微纳结构,通过SEM和表面接触角测量仪分析刻蚀表面的微观形貌特征及润湿特性,并探讨了其与刻蚀时间之间的关系;借助热震试验评价SiC/Al复合材料超疏水表面的温度骤变耐受特性。结果表明:弥散分布的微米级SiC颗粒的存在使得刻蚀后的SiC/Al复合材料表面易形成由微米级粒状结构和纳米级凹坑结构复合而成的微观结构;氟硅烷修饰后的蚀刻表面的接触角最高达到166.8°,滚动角最低为3°,具有很好的超疏水特性;SiC/Al基超疏水表面具有较好的耐受温度骤变特性。     

Hybrid Anodic and Metal‐Assisted Chemical Etching Method Enabling Fabrication of Silicon Carbide Nanowires

Silicon carbide (SiC) is one of the most important third‐generation semiconductor materials. However, the chemical robustness of SiC makes it very difficult to process, and only very limited methods are available to fabricate nanostructures on SiC. In this work, a hybrid anodic and metal‐assisted chemical etching (MACE) method is proposed to fabricate SiC nanowires based on wet etching approaches at room temperature and under atmospheric pressure. Through investigations of the etching mechanism and optimal etching conditions, it is found that the metal component plays at least two key roles in the process, i.e., acting as a catalyst to produce hole carriers and introducing band bending in SiC to accumulate sufficient holes for etching. Through the combined anodic and MACE process the required electrical bias is greatly lowered (3.5 V for etching SiC and 7.5 V for creating SiC nanowires) while enhancing the etching efficiency. Furthermore, it is demonstrated that by tuning the etching electrical bias and time, various nanostructures can be obtained and the diameters of the obtained pores and nanowires can range from tens to hundreds of nanometers. This facile method may provide a feasible and economical way to fabricate SiC nanowires and nanostructures for broad applications.     

Effects of Nitridation on Properties of SiC Fiber and Interface of Ti Matrix Composite

Prenitridation of the TiBx coating surface of the Sigma SM1240 SiC fiber can from more stable compounds at the surface and obstruct the release of boron atoms into the Ti-based alloy matrix.The effect of nitridation on the tensile strength of the fiber was investigated in this work.Nitridation could degrade the tensile strength of the SiC if the treating temperature and time are not optimized.The chemical reaction between the W core and SiC and the modification of fiber microstructure during the nitridation are respornsible for the degradation in strength.The strength can be maintained by further optimization of the treating temperature and time.Therefore stabilizing the surface of TiBx coating and hence the interface of the SiCf/Ti composite by the nitridation of the SiC fiber is a feasible technique for practical application.     

泡沫碳化硅陶瓷表面原位生长碳化硅晶须

采用固相和液相反应法在泡沫碳化硅陶瓷骨架表面原位生长碳化硅晶须,研究了催化剂和反应温度的影响．结果表明,催化剂氯化镍的作用使硅与碳直接反应生长出细长的碳化硅晶须．在适当的反应温度下生长的碳化硅晶须的表面光滑,线径比较大,有少量的呈弯曲状或竹节状;反应温度过高使得硅晶须的缺陷较多．在泡沫碳化硅陶瓷骨架的表面原位生长出碳化硅晶须属于LS生长机理．具有表面晶须的碳化硅陶瓷以深床体积过滤的方式用于过滤柴油机汽车尾气中的碳颗粒,表面晶须既能提高泡沫陶瓷过滤器的过滤能力,又有利于过滤器的再生．     

Kinetics and mechanisms of chemical reactions in nonequilibrium-plasma etching of silicon and silicon compounds

Plasma-chemical etching of silicon and silicon compounds is reviewed. It is shown that present data indicates that fluorine atoms and molecules are the main particles responsible for etching of silicon and that atomic fluorine is the main active particle for etching of silicon dioxide. Insufficient data exists to establish the contribution of charged and excited states to the etching of silicon and its compounds but oxygen atoms and molecules are seen to have a strong influence and fluorocarbon radicals can passivate the surface by forming polymer films.     

碳化硅颗粒增强复合材料超疏水表面的制备

采用电化学蚀刻方法在碳化硅颗粒增强复合材料(SiC/Al)表面构筑了微纳结构, 重点分析了蚀刻电流密度和蚀刻时间等关键操作参数对所得表面微观形貌及润湿特性的影响。研究发现, 较高电流密度(6 A/dm²)下刻蚀的SiC/Al复合材料表面可形成由微米级“粒状”结构和纳米级结构(颗粒状和波鳞状)复合而成的微-纳双层结构, 且这种特殊结构不因后续刻蚀时间延长而改变; 优化条件形成的SiC/Al复合材料刻蚀表面呈现出静态接触角高达160.7°、滚动角低至4°的超疏水特性。本研究结果说明SiC/Al复合材料可用于制备自清洁表面。