Mn+离子注入GaN薄膜的磁性研究

在(0001)面的蓝宝石衬底上用MOCVD法生长纤锌矿结构的GaN.GaN膜总厚度为4μm,表层为0.5μm厚的掺Mg的p型层.用90keV的Mn+离子对处于室温下的GaN进行离子注入,注入剂量为1×1015～5×1016ions/cm2.对注入的样品在N2气流中经约800℃进行快速热退火处理,时间为30～90s.样品的磁性用超导量子干涉仪(SQUID)进行分析.未注入的p型GaN薄膜是抗磁性的,而Mn+注入的GaN显现顺磁性(注入剂量为1×1015ions/cm2)和铁磁性(注入剂量为5×1015～5×1016ions/cm2).结合X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对GaN薄膜在注入和退火后的结构和形貌研究,揭示Mn+ 注入是进行GaN磁性掺杂的有效手段,在Mn+ 注入p型GaN、制备得到的(Ga,Mn)N稀磁半导体中,空穴调制铁磁性是其主要的磁性机制.     

注入温度对Mn^＋注入p-GaN薄膜的结构和磁性影响

在（0001）面的蓝宝石衬底上用低压MOCVD法生长P型GaN外延层．对P型GaN薄膜用180keV的Mn^＋离子注入进行磁性粒子掺杂，注入剂量保持为5．0×1015cm^-2，但注入时P型GaN分别处于室温、300℃和500℃．对注入的样品在N2气流中进行快速热退火处理，温度为850℃、时间为30s．用超导量子干涉仪（SQUID）对样品的磁性进行了分析，室温下注入样品的磁响应较弱，未发现铁磁性；在300℃下注入的样品中发现有较强的铁磁性，更高的500℃的注入温度并不能进一步增强铁磁性．结合用X射线衍射（XRD）对不同注入温度样品的结构研究，揭示只有适当的注入温度（300℃）才有利于GaN晶格的恢复和铁磁性的产生。     

Mn注入n型Ge单晶的磁性研究

利用离子注入方法,以离子能量为100keV,剂量为3×1016cm-2,室温下往n型Ge(111)单晶衬底注入Mn+离子,注入后的样品分别在400和600℃氮气氛下进行热处理.利用交变梯度样品磁强计室温下对样品进行了磁性测量,利用X射线衍射法分析了样品的结构特性,俄歇电子能谱法分析了热处理样品的组分特性.磁性测试结果表明热处理后的样品表现出室温下的铁磁性.结合样品的组分、结构特征进行磁性分析后认为样品在热处理后形成铁磁性半导体MnxGe1-x结构可能是样品表现室温铁磁性的主要原因.     

不同剂量和退火条件下Mn^＋注入p-GaN薄膜的电、磁特性研究

对在蓝宝石衬底上MOCVD生长的P型GaN薄膜，用能量为90keV的Mn^＋离子进行室温下的磁性离子注入掺杂，注入剂量为1×10^15～5×10^16cm^-2．对注入的样品在N2气流中经800℃下0～90s时间不等的快速热退火处理．对样品的电、磁特性分析发现在注入剂量较低时（≤1×10^16cm^-2），样品中的强铁磁性对应着高电阻率，弱铁磁性对应着低电阻率；而在5×10Mcm^-2的高注入剂量下则没有这样的规律。通过对退火条件的研究，发现在800℃下退火45s的样品具有较强的铁磁性和较低的电阻率，而退火90s的样品中铁磁性减弱，电阻率升高，揭示出注入剂量和退火条件是在对P型GaN薄膜进行磁性离子注入掺杂过程中的两个重要控制参量．     

电子束蒸发a-Si:Co薄膜的离子注入改性研究

用电子束蒸发技术制备非晶硅薄膜,不同剂量Co离子注入后真空退火改性.X射线衍射法分析了样品的物相变化特征,发现Co离子注入可诱导非晶硅结晶,有一优化注入剂量5×1016ions/cm-2,使晶化Si(111)峰最强.还测量了非晶硅薄膜电阻率,揭示薄膜电阻温度系数随Co离子掺杂浓度和退火温度改变的规律;在退火温度500℃,离子注入量5×1015ions/cm-2条件下,获得TCR系数高达-2.5%的薄膜材料.     

Mn注入 n型 Ge单晶的特性研究

采用离子能量为 100keV,剂量为 3× 1016cm- 2的离子注入技术,室温下往 n型 Ge( 111)单晶 衬底注入 Mn+离子,注入后的样品进行 400℃热处理.利用 X-射线衍射法 (XRD)和原子力显微 镜( AFM)对注入后的样品进行了结构和形貌分析, 俄歇电子能谱法 (AES)进行了组分分析,交变 梯度样品磁强计( AGM)进行了室温磁性测量.结果表明原位注入样品的结构是非晶的,热处理后 发生晶化现象.没有在样品中观察到新相形成. Mn离子较深的注入进 Ge衬底,在 120 nm处 Mn原子百分比浓度达到最高为 8%.热处理后的样品表现出了室温铁磁特性.     

电子束蒸发a-Si∶Co薄膜的离子注入改性研究

用电子束蒸发技术制备非晶硅薄膜,不同剂量Co离子注入后真空退火改性。X射线衍射法分析了样品的物相变化特征,发现Co离子注入可诱导非晶硅结晶,有一优化注入剂量5×1016ions/cm-2,使晶化Si(111)峰最强。还测量了非晶硅薄膜电阻率,揭示薄膜电阻温度系数随Co离子掺杂浓度和退火温度改变的规律;在退火温度500℃,离子注入量5×1015ions/cm-2条件下,获得TCR系数高达-2.5%的薄膜材料。     

Zn+注入对p-GaN/Ni/Au欧姆接触特性的影响

首次采用离子注入工艺研究金属电极和p-GaN的欧姆接触特性.Zn为Ⅱ族元素,可以提高p-GaN表面的栽流子浓度,对p-GaN/Ni/Au(5/10nm)界面处进行Zn+注入.经Zn+注入后的样品在空气氛围中快速热退火处理5min,以减少离子注入带来的晶格损伤.研究发现Zn+注入改善了p-GaN/Ni/Au的欧姆接触特性,接触电阻率ρc从10-1Ω·cm2数量级降低到10-3Ω·cm2数量级.研究了不同Zn+注入剂量(5×1015、1×1016、5×1016cm-2)对接触电阻率的影响,在注入剂量为1×1016cm-2、300℃下退火得到最优的接触电阻率为1.45×10-3Ω·cm2.用扫描电子显微镜观察了离子注入前后的表面形貌变化,探讨了接触电阻率改变的内在机制.     

注入剂量对离子注入法制备Al-N共掺杂P型ZnO的影响

采用射频磁控共溅射的方法制备出ZnO∶Al薄膜,以NO和O2为源气体(O2/O2+NO=75%)、等离子体浸没离子注入(PIII)方法在不同的工艺条件下得到了不同N+注入剂量的ZnO∶Al∶N薄膜,并在N2氛围下对样品进行了850℃退火处理。通过XRD图谱、霍尔效应(Hall)测试结果、光致发光光谱(PL)、紫外-可见光透射光谱等对样品的结构和性能进行了分析,着重研究了N+注入剂量对ZnO∶Al∶N薄膜性质的影响。结果表明,注入剂量控制在1015cm-2量级时,N可以通过占据O空位和替换O原子形成NO并与Al和Zn成键,对于ZnO薄膜实现p型反转是很关键的。实现p型反转的ZnO∶Al∶N薄膜载流子浓度可达2.16×1016cm-3,电阻率为8.90Ω.cm,霍耳迁移率为32.4cm2/V.s。     

p-GaN表面Ni/Au电极欧姆接触特性的Pt+注入改性研究

对p-GaN/Ni/Au(5/10nm)界面处进行Pt+注入,注入后的样品在空气中快速热退火处理5min,发现金属电极和p-GaN的欧姆接触特性得到明显的改善,接触电阻率从101-Ω·cm2数量级降低到10-3Ω·cm2数量级.通过研究在不同Pt+注入剂量(5×1015、1×1016、2×1014cm-2)和退火温度下接触电阻率的变化规律.在Pt+注入剂量为1×1016cm-2,300℃空气氛围中退火得到了最低的接触电阻率,为3.55×10-3Ω·cm2.探讨了Pt+离子注入引起欧姆接触改善的内在机制.     

低能离子注入对聚吡咯甲烯的改性

利用低能氮离子对聚[(3乙酰基吡咯-2,5-二)对二甲氨基苯甲烯](Papdmabeq)薄膜进行了离子注入改性(注入能量为10～35 keV、剂量为1.2×1016～2.2×1017ions/cm2),研究了与材料三阶非线性极化率相关的物理量的变化规律.结果表明,氮离子注入使Papdmabeq薄膜的光电特性都发生了显著变化.适当能量和剂量的氮离子注入Papdmabeq薄膜后,薄膜中导电岛的数量增加,在聚合物分子链间形成了大的导电区域,导致其电导率显著提高.当注入离子的能量为25 keV、剂量为2.2×1017ionS/cm2时,Papdmabeq薄膜的电导率为9.2×10-4S/cm,比本征态Papdmabeq的电导率提高了5个数量级,且离子注入后薄膜电导率的环境稳定性优于经碘掺杂的Papdmabeq.氮离子注入可以使这种聚合物薄膜在可见光范围内的光吸收大幅度提高,使共轭程度得到显著增强.当注入离子的能量为35 keV、剂量为2.2×1017ions/cm2时,Papdmabeq的光学禁带宽度(Eg)由1.626 eV降低到1.340 eV.     

n-BN/p-Si薄膜异质结的I-V特性

用射频溅射系统制备了BN薄膜,并且用离子注入的方法在BN薄膜中注入S,从而成功制备了n-BN/p-Si薄膜异质结,并研究了异质结的电学性质.注入S的BN薄膜是用13.56 MHz射频溅射系统沉积在p型Si(100)(5～6 Ω·cm)衬底上,靶材为h-BN靶(纯度为99.99%).离子注入时,注入离子的能量为190 keV,注入剂量为1015/cm2.对注入后的薄膜进行了退火处理(退火温度为600℃),用真空蒸镀法在异质结表面蒸镀了2 mm×5 mm的铝电极,以便测量掺杂后异质结的电学性质.实验结果表明离子注入掺杂后制备的n-BN/p-Si异质结的I-V曲线具有明显的整流特性,其正向导电特性的拟合结果表明异质结的电流输运符合"隧道-复合模型"理论.     

离子注入改性聚对苯乙炔的光学及电学性能

利用脱氯化氢反应制备π共轭高分子聚[2-甲氧基-5-(3′-甲基)丁氧基]对苯乙炔(MM B-PPV)。采用能量为15 keV~35 keV,剂量为3.8×1015ions/cm2~9.6×1016ions/cm2的低能氮离子(N+)对MM B-PPV薄膜进行离子注入改性研究。红外光谱显示,离子注入后分子的特征峰未发生显著变化,而在3442cm-1、1622 cm-1等处出现N-H键的振动峰;随着注入能量、剂量的增加,薄膜的紫外-可见吸收边向长波方向移动,π共轭高分子中激发态和基态间的光学禁带宽度变窄;薄膜的表面电导率随着注入能量、剂量的增加迅速提高,当注入能量为35 keV,剂量为9.6×1016ions/cm2时,表面电导率高达3.2×1-0 2S/cm,比本征态提高7个数量级以上。     

质子注入聚酰亚胺的摩擦学特性

用能量为110 keV剂量分别为1×1014ions/cm2、5×1014ions/cm2、2.5×1015ions/cm2和1.25×1016ions/cm2的质子对聚酰亚胺进行注入改性。摩擦磨损试验表明,质子注入能够提高其耐磨性。但在不同载荷下,其摩擦磨损行为随着注入剂量的变化有所不同。未注入样品的磨痕内存在明显的粘着和划痕,而注入之后,粘着和划痕受到抑制,磨痕变得光滑。     

质子辐照甲基硅橡胶的热释光和热释电研究

用空间辐照环境模拟设备对甲基硅橡胶进行了质子辐照.辐照能量为200keV,辐照剂量范围为1014～1016cm-2.用热发光和热激电流分析方法,研究了硅橡胶质子辐照前后载流子陷阱能级△E及载流子类型的变化规律结果表明:当辐照剂量小于1015cm-2时,△E下降;当辐照剂量超过1015cm-2后,△E上升硅橡胶原始样品中主要载流子类型是电子型.当质子辐照剂量超过5×1014cm-2后,主要载流子类型转变为空穴型.辐照剂量继续增加,载流子类型又有向电子型转变的趋势.     

N+离子注入聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔薄膜的微观结构

通过双醚化反应、氯甲基化反应以及在强碱性条件下进行的脱氯化氢反应,制备出新型光电功能材料聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔(PMOCOPV).采用能量为30 keV,剂量为1.2×1016 ions/cm2～4.8×1017 ions/cm2的氮离子(N )对PMOCOPV进行离子注入改性.红外光谱研究表明,离子注入改性后的PMOCOPV,在3433 cm-1和1622 cm-1处出现N-H的振动吸收峰;随着N 注入剂量的增加,PMOCOPV在紫外和可见光区域的吸收增强,且吸收边向长波方向移动;离子注入使PMOCOPV的分子链排列更加规整,取向度明显增加,结晶性能大大改善;离子注入后PMOCOPV的起始分解温度由未注入时的200 ℃提高至360 ℃,材料的热稳定性能显著增强.     

低能C离子注入单晶硅机械和摩擦学性能

采用MEVVA源将低能量(40 keV)C离子注入单晶硅,用Raman光谱和SEM对试样进行了表征,用纳米压痕仪和球-盘式摩擦磨损试验机分别测试了试样硬度、弹性模量和摩擦因数.结果显示,低剂量下,试样硬度基本保持不变,而弹性模量增加;当C离子注入剂量为2×1016 cm-2时,样品出现明显非晶化,硬度开始下降.注样表面摩擦因数升高,这是由于C离子注入引起的表面损伤所致.     

室温铁磁性GaN:Cr薄膜的性质研究

采用高能离子注入的方式,在GaN衬底中掺杂引入Cr离子制备了磁性半导体.借助于X射线衍射仪(XRD)进行了注入前后结构的对比分析,没有发现新的衍射峰,并运用高分辨率X射线衍射仪(HR-XRD)分析了Mn离子注入后衬底(0002)峰的微小变化.根据原子力显微镜的结果,发现注入后的样品表面起伏比较大,发生明显的变化.通过使用超导量子干涉仪SQUID进行变温分析,在所分析的10～300K范围内,磁化强度变化幅度较小,样品在室温条件下仍然保持铁磁性.     

离子注入改性聚[2-甲氧基-5-(3''''-甲基)丁氧基]对苯乙炔微观结构与性能

采用低能氮正离子(N )对π共轭高分子聚[2-甲氧基-5-(3'-甲基)丁氧基]对苯乙炔(MMB-PPV)薄膜进行离子注入改性,注入剂量为9.6×1016 ions/cm2,能量为30 keV.利用红外光谱、紫外-可见吸收光谱、X射线衍射、透射电镜及热失重等手段对离子注入改性MMB-PPV薄膜的微观结构及热学性能进行研究.红外光谱显示,注入后分子侧链烷氧取代基的C-H振动峰强度减弱,同时在3442、1622 cm-1等处出现了N-H键的振动峰;薄膜的紫外-可见吸收光谱向长波方向移动,且在可见光区范围内的吸收强度增加;离子注入使聚合物分子链排列更加规整,取向度明显增大,结晶性能大大改善;经过离子注入后,聚合物材料的初始分解温度由未注入时的245.64 ℃提高至280.52 ℃,分子的热稳定性能显著增强.     

银离子注入ABS树脂抗菌性能研究

用MEVVA源将银离子注入ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂表面,研究在注入剂量为1.0×1016ions/cm2、注入能量由5 keV到30 keV材料的抗菌性。通过X射线光电子能谱(XPS)及拉曼(Raman)光谱对样品表面进行了表征,并测试样品的疏水性和抗菌性。结果表明:载能离子导致ABS树脂表面部分化学键断裂,并出现失氢、富碳,而银以离子形式存在其氧化物中;材料表面的接触角变大,由亲水性材料变为疏水性材料;银离子注入后材料具有良好的抗菌性能,抗菌效果随着离子注入能量的增加呈现降低趋势。