硅基扩镓溅射Ga2O3反应自组装GaN薄膜

采用射频磁控溅射工艺在扩镓硅基上溅射Ga2O3薄膜氮化反应组装GaN薄膜,研究硅基扩镓时间对GaN薄膜晶体质量的影响.利用红外透射谱(FHR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光电能谱(XPS)和荧光光谱(PL)对生成的GaN薄膜进行组分、结构、表面形貌和发光特性分析.测试结果表明:采用此方法得到六方纤锌矿结构的GaN晶体膜.同时显示:在相同的氮化温度和时间下,随着硅基扩镓时间的增加,薄膜的晶体质量和发光特性得到明显提高.但当硅基扩镓时间进一步增加时,薄膜的晶体质量和发光特性却有所降低.较适宜的硅基扩镓时间为40min.     

氨化温度对氨化Si基Ga2O3/Cr膜制备GaN纳米结构的影响

采用磁控溅射的方法在Si(111)衬底上溅射沉积Ga2O3/Cr膜,并通过氨化的方法在Si(111)衬底上成功合成了六方纤锌矿GaN纳米结构材料,研究了不同的氨化温度对合成GaN纳米材料的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、傅里叶红外吸收(FTIR)光谱来检测样品的形态,结构和成分,并且讨论了GaN纳米结构的生长机理.研究结果表明,在Cr催化合成GaN纳米结构的过程中,氨化温度对其有重要影响,最佳温度是950℃.     

氨化温度对氨化Ga2O3/Al膜制备GaN纳米结构材料的影响

采用磁控溅射的方法在Si(111)衬底上溅射沉积了Ga2O3/Al膜,并通过氨化的方法在Si(111)衬底上获得了GaN纳米结构材料,研究了不同的氨化温度对生成GaN纳米结构材料的影响.对样品进行了傅立叶红外吸收(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及高分辨电镜(HRTEM)测试,分析了不同温度对GaN样品的结构、组分和形貌等特性的影响.结果表明,用该方法在950℃的氨化温度下得到了大量的六方GaN纳米棒.     

缺陷对β-Ga2O3薄膜的结构和光学特性的影响

采用射频磁控溅射技术和后期退火在蓝宝石衬底上成功制备了β-Ga₂O₃薄膜。借助于X射线衍射(XRD)、拉曼散射光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、以及二次离子质谱(SIMS)研究了缺陷对β-Ga₂O₃薄膜的结构和光学特性的影响。结果表明,未退火的Ga₂O₃薄膜呈现非晶态,随高温退火时间逐渐增加,非晶Ga₂O₃薄膜逐步转变为沿(-201)方向择优生长的β-Ga₂O₃薄膜。所有Ga₂O₃薄膜在近紫外到可见光区的平均透过率都高达95%,β相Ga₂O₃薄膜的光学带隙比非晶态薄膜增加~0.3 eV,且随退火时间的增加,β-Ga₂O₃薄膜的光学带隙也随之变宽。此外,发现非晶Ga₂O₃薄膜富含氧空位缺陷,高温退火处理后,β-Ga₂O₃薄膜中的氧空位浓度明显降低,但蓝宝石衬底中的Al极易扩散至Ga₂O₃薄膜层,并随退火时间的增加Al浓度明显增加,氧空位的降低和Al杂质的增加是导致β-Ga₂O₃薄膜光学带隙变宽的主要原因。     

多孔TiO2光催化纳米薄膜的制备和微观结构研究

锐钛矿型多孔ＴｉＯ_２纳米薄膜可以从含聚乙二醇（ＰＥＧ）的钛酸盐溶胶前驱体中通过溶胶-凝胶法制备．涂层的形貌,如孔的大小和孔的分布可以通过聚乙二醇的加入量和分子量来控制．当聚乙二醇的加入量和分子量越大,聚乙二醇热分解后在薄膜中产生的气孔就越多和孔径越大．随着ＴｉＯ_２薄膜中气孔孔径和数量的增加,光的散射增强,薄膜的透光率减小．通过扫描电镜（ＳＥＭ）和重量法测定了薄膜的厚度,每镀一次薄膜的厚度增加约为０．０８μｍ．通过Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和红外光谱（ＩＲ）确定了多孔ＴｉＯ_２纳米薄膜中元素的化学组成和表面羟基含量．实验结果表明：薄膜中除含有Ｔｉ、Ｏ元素外,还有一定量来自有机前驱物中未完全燃烧的碳和少量从玻璃表面扩散到薄膜中的Ｎａ和Ｃａ元素;同时发现薄膜表面的羟基含量随聚乙二醇的加入量的增加而增加     

射频溅射法制备的纳米硅薄膜的能带结构和Ⅰ-Ⅴ特性

用高频溅射法在P型硅衬底上生长了纳米硅薄膜,衬底温度控制在95℃左右,工作气体选用H2+Ar,氢气的分压控制在31%到70%,同时改变薄膜的沉积时间.Tauc曲线显示出用射频溅射法制备的薄膜是一种宽带隙材料.结合实验数据,在HQD理论基础上,给出了这种薄膜的能带结构图,并在理论和实验上分别对薄膜的Ⅰ-Ⅴ特性进行了研究.     

稀土Ce2O3掺杂TiO2薄膜的结构和光学特性

采用真空热蒸发法在玻璃、单晶硅衬底上制备Ce2O3掺杂TiO2薄膜，研究热处理和Ce2O3掺杂对薄膜性能的影响。结果显示，热处理可明显改善薄膜的结构和光学性能，Ce2O3掺杂可降低薄膜晶型转化温度。TiO2薄膜（玻璃衬底）经600℃热处理由锐钛矿转为金红石结构；当掺Ce2O3含量为5at％时热处理温度为500℃薄膜就已开始发生晶型转变。薄膜表面颗粒较均匀，存在程度不同的孔洞和颗粒聚集现象；掺Ce2O3后薄膜表面致密度明显增强。薄膜（玻璃衬底）的光学带隙从3．74eV降至3．60eV。     

纳米晶Co0.8Fe2.2O4薄膜的室温和高温结构及磁性

采用溶胶-凝胶旋转包覆法在玻璃衬底上制备了CO0.8Fe2.2O4薄膜.用振动样品磁强计和X射线衍射仪对样品的磁性和结构进行了室温及高温原位测量;用X射线光电子能谱仪和原子力显微镜测量了样品的成分及表面形貌.室温测量结果表明,400%退火时,样品已生成单一的尖晶石相,随退火温度升高衍射峰增高.样品的晶粒尺寸较小(14.2～29.6 nm),有利于降低磁记录材料的晶界噪音.630%退火样品的矫顽力达到1.56 X 105A·m-1.高温原位测量发现,500%高温时线膨胀系数约为1.3 X 10-5K-1,显示样品结构的热稳定性非常好,适合于磁光记录过程.随温度升高,样品由亚铁磁性逐渐过渡到顺磁性.     

纳米晶Co1-xZnxFe2O4薄膜的结构、磁性及温度特性

采用sol-gel方法制备了纳米晶Co1-xZnxFe2O4(x=0～0.3)薄膜.样品的结构、磁性及表面形貌分别用X射线衍射仪(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和原子力显微镜(AFM)进行了表征.研究结果表明,400℃退火薄膜已生成单一的尖晶石结构,且样品的晶粒尺寸较小,平均晶粒尺寸在35nm以下.Zn2 离子含量的增加使样品的晶格常数有少许增大.Zn2 离子含量对样品的磁性能有较强的影响,样品的比饱和磁化强度在Zn2 离子含量x=0.2时达极大值(74.3(A·m2)/kg).变温测量显示,样品的磁化强度随温度升高呈下降趋势.当Zn2 含量从零增加到0.3,居里温度从530.0℃降至341.6℃.     

Al2O3/NiO包裹Ni纳米颗粒的结构和磁性

用电弧法蒸发Ni-Al合金(4%～5%Al,质量分数),制备了Al2O3/NiO包裹Ni及Ni-Al合金纳米颗粒.高分辨电镜显示该纳米颗粒具有壳核结构,核为纳米Ni及Ni-Al合金,壳为Al2O3/NiO复合氧化物.壳的厚度为2～4 nm,颗粒的尺寸为5～60 nm.壳核结构防止纳米Ni颗粒的进一步氧化和团聚.饱和磁化强度为29.6 Am2/kg,矫顽力为4.13 kA/m.由于铁磁和反铁磁性相界面处存在交换耦合作用,磁滞曲线出现小的偏置.     

氨化Si基Ga2O3/In2O3制备GaN薄膜

研究了Ga2O3/In2O3 膜反应自组装制备GaN薄膜,再将Ga2O3/In2O3膜在高纯氨气气氛中氨化反应得到GaN薄膜,用X射线衍射 (XRD),傅里叶红外吸收(FTIR),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对样品进行结构、形貌的分析.测试结果表明,用此方法得到了六方纤锌矿结构的GaN多晶膜,且900℃时成膜的质量最好.     

氨化Si基Ga2O3/In制备GaN薄膜

研究了Ga2O3/In 膜反应自组装制备GaN薄膜,再将Ga2O3/In膜在高纯氨气气氛中氨化反应得到GaN薄膜,用X射线衍射(XRD),傅里叶红外吸收(FTIR),扫描电镜(SEM),原子力显微镜(AFM),透射电镜(TEM)对样品进行结构,形貌的分析.测试结果表明:用此方法得到了六方纤锌矿结构的GaN多晶膜,且900℃时成膜的质量最好.     

氮化时间对扩镓硅基GaN晶体膜质量的影响

采用射频磁控溅射在扩镓硅基上溅射Ga2O3薄膜,然后氮化反应组装GaN晶体膜,并研究氮化时间对薄膜晶体质量的影响。测试结果表明：采用两步法生长得到六方纤锌矿结构的GaN多晶膜,扩镓硅层有效的抑制了硅衬底的氮化和弛豫了GaN与Si衬底的热失配。同时显示：在相同的氮化温度下,晶粒尺寸随氮化时间的增加而增大,薄膜的晶化程度相应的得到提高。     

蓝宝石上GaN基多层膜结构椭偏研究

对InN/GaN/Al2O3和Ga2O3/GaN/Al2O3多层膜结构进行了椭圆偏振光谱研究。所有GaN样品均采用MOCVD工艺在蓝宝石(Al2O3)衬底上生长所得。应用多层介质膜模型,在300～800nm测试波长范围内拟合得到了样品各层厚度和折射率色散关系,并与GaN单层膜色散关系相比较,分析了各层膜之间对自身折射率的影响。研究结果表明,InN和Ga2O3表面均存在一个粗糙层,采用有效介质近似模型可使拟合结果更为准确;相对于GaN单层膜结构,InN薄膜使其下面的GaN层折射率明显增大,这应与界面层态密度有关;而在300～400nm测试范围内,Ga2O3折射率出现反常色散现象,InN消光系数亦产生了一个强的吸收峰,这则可能与GaN层在360nm左右存在的一个强吸收(Eg≈3.4eV)有关。     

氮化ZnO/Ga2O3薄膜合成GaN纳米管

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上先溅射ZnO中间层,接着溅射Ga2O3 薄膜,然后ZnO/Ga2O3薄膜在管式炉中常压下通氨气进行氮化,高温下ZnO层在氨气的气氛中挥发,而Ga2O3薄膜和氨气反应合成出GaN纳米管.X射线衍射(XRD)测量结果表明利用该方法制备的GaN具有沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿结构.利用傅里叶红外光谱(FTIR)研究了所制备样品的光学性质.利用透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)观测了样品的形貌和晶格结构.     

Si基外延GaN的结构和力学性能

采用MOCVD技术在Si衬底(111)面上生长了GaN外延膜,分析了薄膜表面形貌和Si基GaN的临界载荷,研究了表面发光性能和GaN晶体质量随深度的变化.结果表明,外延层的表面比较平整,多组超晶格插入层可以进一步降低位错密度,提高晶体质量.膜的表面有许多颗粒状的发光中心,除了强的带边峰外,还有弱的黄光带和红光带,这可能是ON与VGa所产生的深能级跃迁产生的.GaN的晶体质量具有梯度变化,GaN外延层的上层晶体质量比较好,界面附近比较差,但是外延层与衬底的结合强度较高,临界载荷达到2.05 N.     

Synthesis and characterization of heteroepitaxial GaN films on Si(111)

We report crack-free and single-crystalline wurtzite GaN heteroepitaxy layers have been grown on Si (111) substrate by metal-organic chemical vapor deposition(MOCVD). Synthesized GaN epilayer was characterized by X-ray diffraction(XRD), atomic force microscope (AFM) and Raman spectrum. The test results show that the GaN crystal reveals a wurtzite structure with the <0001> crystal orientation and XRD ω-scans showed a full width at half maximum (FWHM) of around 583 arcsec for GaN grown on Si substrate with an HT-AlN buffer layer. In addition, the Raman peaks of E₂^high and A₁(LO) phonon mode in GaN films have an obvious redshit comparing to bulk GaN eigen-frequency, which most likely due to tensile strain in GaN layers. But the AO phonon mode of Si has a blueshit which shows that the Si substrate suffered a compressive strain. And we report that the AlN buffer layer plays a role for releasing the residual stress in GaN films.     

Influence of N2 flux on the improvement of highly c-oriented GaN films on diamond substrates

High-quality GaN films are deposited on freestanding thick diamond films by electron cyclotron resonance plasma-enhanced metal organic chemical vapour deposition (ECR-PEMOCVD). Trimethyl gallium (TMGa) and N₂ are applied as precursors and different N₂ fluxes are used to achieve high-quality GaN films. The influence of N₂ flux on the properties of GaN films is systematically investigated by X-ray diffraction analysis (XRD), reflection high energy electron diffraction (RHEED), atomic force microscopy (AFM) and Hall effect measurement (HL). The results show that the high-quality GaN films with small surface roughness of 4.5 nm and high c-orientation are successfully achieved at the optimized N₂ flux of 90 sccm. The most significant improvements in morphological, structural, and optical properties of GaN films are obtained by using a proper N₂ flux.     

Microstructure and optical properties of GaN films on sapphire substrates

Transmission electron microscopy (TEM), double crystal X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL) and Raman scattering measurement were applied to study the correlation between the microstructure and material properties of the GaN films grown by light radiation heating metalorganic chemical vapor deposition (LRH-MOCVD), using GaN buffer layer on sapphire substrates. Corresponding to the density of the threading dislocation (TD) increasing approximately one order, the yellow luminescence (YL) intensity was strengthened from negligible to two orders higher than the band-edge emission intensity. The full width of half maximum (FWHM) of GaN (0002) peak of the XRD rocking curve was widened from 11 to 15 min, and in Raman spectra, the width of E₂ mode is broadened from 5 cm⁻¹ to 7 cm⁻¹. A ‘zippers’ structure of GaN buffer layer was discovered by high-resolution electron microscope (HREM).