不同衬底温度下预沉积Ge对SiC薄膜生长的影响

分别在未沉积Ge和不同衬底温度(300、 500、700℃)沉积Ge条件下,利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上外延SiC薄膜.通过反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等仪器对样品进行测试.测试结果表明,预沉积Ge的样品质量明显好于未沉积Ge的样品,而且随着预沉积温度的升高,薄膜的质量在逐渐地变好.     

PLD方法生长ZnO/Si异质外延薄膜的研究

用脉冲激光沉积法在Si(111)衬底上制备了ZnO薄膜。RHEED和XRD测试表明,直接沉积在Si衬底上的ZnO薄膜为多晶薄膜,且薄膜的结晶质量随衬底温度的升高而下降。相比之下,生长在一低温同质缓冲层上的ZnO薄膜则展现出规则的斑点状RHEED图像,说明它们都是外延生长的高质量ZnO薄膜。XRD与室温PL谱分析表明,外延ZnO薄膜的质量随衬底温度的升高得到明显的改善。在650℃生长的样品具有最好的结构和发光特性,其(002)衍射峰的半高宽为0.185°,UV峰的半高宽仅为86meV。     

PLD工艺制备高质量ZnO/Si异质外延薄膜

采用脉冲激光沉积工艺在不同条件下以Si(111)为衬底制备了Zno薄膜.通过对不同氧压下(0～50Pa)沉积的样品的室温PL谱测试表明,氧气氛显著地提高了薄膜的发光质量,在50Pa氧气中沉积的ZnO薄膜具有最强的近带边UV发射.XRD测试说明在氧气氛中得到的薄膜结晶质量较差,没有单一的(002)取向.利用-低温(500℃)沉积的ZnO薄膜作缓冲层,得到了高质量的ZnO外延膜.与直接沉积的ZnO膜相比,生长在缓冲层上的ZnO膜展现出规则的斑点状衍射花样,而且拥有更强的UV发射和更窄的UV峰半高宽(98meV).对不同温度下沉积的缓冲层进行了RHEED表征,结果表明,在600～650℃之间生长缓冲层,有望进一步改善ZnO外延膜的质量.     

Si(111)衬底上3C-SiC的固源MBE异质外延生长

国内首次利用固源分子束外延(MBE)技术,在衬底温度为1100℃时,以Si(111)为衬底成功地外延生长出了3C-SiC单晶薄膜。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)以及原位反射高能电子衍射(RHEED)等手段研究了外延薄膜的晶型、结晶质量、外延膜与衬底的外延取向关系,并考察了薄膜制备过程中衬底的碳化对薄膜质量的影响。结果表明,外延膜与衬底晶格取向完全一致;碳化可以减小SiC和衬底Si之间的晶格失配、释放应力、引入成核中心,有利于薄膜单晶质量的提高;碳化温度存在最佳值,这一现象与成核过程有关。     

Si(100)衬底上SiC的外延生长

在1050℃下用Si2H6和C2H4在Si(100)衬底上外延生长了3C-SiC,生长前只通入C2H4将Si衬底碳化形成SiC缓冲层.碳化过程中C2H4与Si表面反应形成了SiC孪晶,但随着生长时间的延长,外延层转变为单晶层,其表面呈现典型的单晶SiC的(2×1)再构.从外延层的Raman谱观察到明显的SiC的TO和LO声子模;SEM观测结果表明,外延层的表面比较平整.     

脉冲激光沉积(PLD)法生长纳米ZnO薄膜的探索

在Si衬底上用脉冲激光沉积法生长C轴取向高度一致的ZnO纳米薄膜.实验制备ZnO纳米结构,其颗粒尺寸的控制是关键.通过改变衬底温度(400～700℃)和沉积时间,获得不同的ZnO纳米结构.SEM观察,在600℃时颗粒均匀且间隔明显,且该薄膜结构为不连续膜,这与其他衬底温度下所形成的薄膜结构有很大差异.XRD显示,600～700℃结晶良好.     

铜镍合金为衬底化学气相沉积法制备石墨烯研究

利用磁控双靶共溅射法制备了不同含量的铜镍合金薄膜,利用EDAX对合金薄膜衬底的铜镍配比进行了定量分析。以苯为碳源,选择相同的合金衬底分别在800、600和400℃的温度下使用化学气相沉积法生长石墨烯,对样品进行了拉曼光谱和SEM表征,研究了温度对石墨烯生长的影响。选择不同配比的铜镍合金衬底,在400℃下生长石墨烯,研究了衬底中铜、镍元素不同配比对石墨烯生长的影响。     

硅碳比对Si(111)表面SSMBE异质外延SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)生长技术, 在不同的硅碳蒸发速率比(Si/C)条件下, 在Si(111)衬底上生长SiC单晶薄膜. 利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等实验技术, 对生长的样品形貌和结构进行了研究. 结果表明, 在Si/C比(1.1:1.0)下生长的薄膜样品, XRDω扫描得到半高宽为2.1°; RHEED结果表明薄膜具有微弱的衍射环, 有孪晶斑点. 在Si/C比(2.3:1.0)下生长的薄膜, XRDω扫描得到的半高宽为1.5°, RHEED显示具有Si的斑点和SiC的孪晶斑点. AFM显示在这两个Si/C比下生长的样品表面都有孔洞或者凹坑, 表面比较粗糙. 从红外光谱得出 薄膜存在着比较大的应力. 但在Si/C比(1.5:1.0)下生长的薄膜样品, XRDω 扫描得到的半高宽仅为1.1°; RHEED显示出清晰的SiC的衍射条纹, 并可看到SiC的3×3表面重构, 无孪晶斑点; AFM图像表明, 没有明显的空洞, 表面比较平整. FTIR谱的位置显示, 在此Si/C比下生长的薄膜内应力比较小. 因此可以认为, 存在着一个优化的Si/C比(1.5:1.0), 在这个Si/C比下, 生长的薄膜质量较好.     

3C-SiC/Si(111)的掠入射X射线衍射研究

在衬底温度为1000℃条件下, 利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上生长3C-SiC单晶薄膜. RHEED结果显示在Si(111)上所生长的SiC薄膜为3C-SiC, 并与衬底的取向基本一致. 采用同步辐射掠入射X射线衍射(GID)技术并结合常规X射线衍射(XRD)研究了SiC薄膜内的应变和晶体质量. 常规衍射的联动扫描曲线得到薄膜处于双轴张应变状态. 3C-SiC薄膜和Si衬底的晶格失配和热膨胀系数失配是导致双轴张应变的原因. 根据不同角度的掠入射衍射Phi扫描的摇摆曲线结果, 发现薄膜晶体质量在远离SiC/Si界面区变好. 这是由于SiC薄膜中的缺陷随着远离界面逐渐减少的原因. GID和XRD的摇摆曲线结果表明薄膜中镶嵌块的倾斜大于扭转, 表明SiC薄膜在面内的晶格排列要比垂直方向更加有序.     

以ZnO为缓冲层制备硅基氮化镓薄膜

用脉冲激光沉积法(PLD)先在600℃的Si(111)衬底上沉积ZnO薄膜,然后用磁控溅射法再沉积GaN薄膜。直接沉积得到的GaN薄膜是非晶结构,将样品在氨气氛围中在850、900、950℃下退火15min得到结晶的GaN薄膜。用X射线衍射(XRD)、傅立叶红外吸收谱(FTIR)、光致发光谱(PL)和扫描电子显微镜(SEM)研究了ZnO缓冲层对GaN薄膜的结晶和形貌的影响。     

退火温度对磁控溅射SiC薄膜结构和光学性能的影响

首先采用射频磁控溅射法在单晶Si(100)衬底上沉积制备了SiC薄膜,然后将所制备的薄膜试样分别在600,800和1 000℃氩气氛中退火120 min;采用X射线衍射仪和红外吸收光谱仪分析了薄膜的结构随退火温度的变化,采用荧光分光分度计研究了薄膜的发光性能随退火温度的变化。结果表明:室温制备的SiC薄膜为非晶态,经600℃退火后薄膜结晶,且随着退火温度的升高,薄膜的结晶程度越来越好,并且部分SiC结构发生了由α-SiC到β-SiC的转变;所制备的SiC薄膜在384和408 nm处有两个发光峰,且两峰的强度均随退火温度的升高逐渐变强,其中384nm处的峰源自于SiC的发光,408 nm处的峰源自于碳簇的发光。     

SiNx薄膜中硅纳米粒子的制备及表征

通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)法, 以氨气和硅烷为反应气体, P型单晶硅和石英为衬底, 低温下(200℃)制备了含硅纳米粒子的非化学计量比氮化硅(SiN_x)薄膜. 经高温(范围500~950℃)退火处理优化了薄膜结构. 室温下测试了不同温度退火后含硅纳米粒子SiN_x薄膜的拉曼(Raman)光谱、光致发光(PL)光谱及傅立叶变换红外吸收(FTIR)光谱, 对薄膜材料的结构特性、发光特性及其键合特性进行了分析. Raman光谱表明. SiN_x薄膜内的硅纳米粒子为非晶结构. PL光谱显示两条与硅纳米粒子相关的光谱带, 随退火温度的升高此两光谱带峰位移动方向相同. 当退火温度低于800℃时, PL光谱峰位随退火温度的升高而蓝移. 当退火温度高于800℃时, PL光谱峰位随退火温度的升高而红移. 通过SiNx薄膜的三种光谱分析发现薄膜的光致发光源于硅纳米粒子的量子限制效应. 这些结果对硅纳米粒子制备工艺优化和硅纳米粒子光电器件的应用有重要意义.     

PECVD下基底温度对SiC薄膜形态、成分及生长速度的影响

在单晶Si和多晶Cu基底表面上使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积了SiC薄膜. 通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)及扫描电子显微镜(SEM)研究基底温度对SiC薄膜成分、结构及生长速度的影响规律。结果表明: 在60~500℃基底温度下制备的SiC薄膜均为非晶态薄膜, 薄膜的生长速度随基底温度的升高而线性降低, 并且在相同沉积条件下, 薄膜在Si基底上的生长速度要高于Cu基底。此外, 薄膜中的硅碳原子比随基底温度的升高而降低, 当基底温度控制在350℃左右时, 可以获得硅碳比为1:1较理想的SiC薄膜。     

Nano-polycrystalline vanadium oxide thin films prepared by pulsed laser deposition

Nano-polycrystalline vanadium oxide thin films have been successfully produced by pulsed laser deposition on Si(100) substrates using a pure vanadium target in an oxygen atmosphere. The vanadium oxide thin film is amorphous when deposited at relatively low substrate temperature (500 degrees C) and enhancing substrate temperature (600-800 degrees C) appears to be efficient in crystallizing VOx thin films. Nano-polycrystalline V3O7 thin film has been achieved when deposited at oxygen pressure of 8 Pa and substrate temperature of 600 degrees C. Nano-polycrystalline VO2 thin films with a preferred (011) orientation have been obtained when deposited at oxygen pressure of 0.8 Pa and substrate temperatures of 600-800 degrees C. The vanadium oxide thin films deposited at high oxygen pressure (8 Pa) reveal a mix-valence of V5+ and V4+, while the VOx thin films deposited at low oxygen pressure (0.8 Pa) display a valence of V4+. The nano-polycrystalline vanadium oxide thin films prepared by pulsed laser deposition have smooth surface with high qualities of mean crystallite size ranging from 30 to 230 nm and Ra ranging from 1.5 to 22.2 nm. Relative low substrate temperature and oxygen pressure are benifit to aquire nano-polycrystalline VOx thin films with small grain size and low surface roughness.     

Effects of thermal annealing in oxygen plasma for buffer layers on properties of ZnO thin films

ZnO thin films with ZnO buffer layers were grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy (PA-MBE) on p-type Si(100) substrates. Before the growth of the ZnO thin films, the ZnO buffer layers were deposited on the Si substrates for 20 minutes and then annealed at the different substrate temperature ranging from 600 to 800 degrees C in oxygen plasma. The structural and optical properties of the ZnO thin films have been investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and room-temperature (RT) photoluminescence (PL). A narrower full width at half maximum (FWHM) of the XRD spectra for ZnO(002) and a larger grain are observed in the samples with the thermal annealed buffer layers in oxygen plasma, compared to those of the as-grown sample. The surface morphology of the samples is changed from rugged to flat surface. In the PL spectra, near-band edge emission (NBEE) at 3.2 eV (380 nm) and deep-level emission (DLE) around 1.77 to 2.75 eV (700 to 450 nm) are observed. By increasing the annealing temperatures up to 800 degrees C, the PL intensity of the NBEE peak is higher than that of the as-grown sample. These results imply that the structural and optical properties of ZnO thin films are improved by the annealing process.     

ZnO/SiC/Si异质结构的特性

用MOCVD方法在p型单晶Si（100）基片上外延SiC层,再用直流溅射在SiC层上生长ZnO薄膜,制备出ZnO／SiC／Si异质结构,用XRD和AFM分析了ZnO／SiC／Si和ZnO／Si异质结构中表层ZnO的结构和形貌的差别,研究了这种异质结构的特性．结果表明,在Si（100）基片上外延生长出的是高取向、高结晶质量的SiC（100）层．这个SiC层缓冲层使在Si基片上外延生长出了高质量ZnO薄膜,因为ZnO与SiC的晶格失配比ZnO与Si的晶格失配更低．     

Structural and electrical properties of RuO2 thin films prepared by rf-magnetron sputtering and annealing at different temperatures

Conductive ruthenium oxide (RuO₂) thin films have been deposited at different substrate temperatures on various substrates by radio-frequency (rf) magnetron sputtering and were later annealed at different temperatures. The thickness of the films ranges from 50 to 700 nm. Films deposited at higher temperatures show larger grain size (about 140 nm) with (200) preferred orientation. Films deposited at lower substrate temperature have smaller grains (about 55 nm) with (110) preferred orientation. The electrical resistivity decreases slightly with increasing film thickness but is more influenced by the deposition and annealing temperature. Maximum resistivity is 861 μΩ cm, observed for films deposited at room temperature on glass substrates. Minimum resistivity is 40 μΩ cm observed for a thin film (50 nm) deposited at 540°C on a quartz substrate. Micro-Raman investigations indicate that strain-free well-crystallized thin films are deposited on oxidized Si substrates.     

衬底温度对Si(111)衬底上MBE异质外延3C-SiC薄膜的影响

利用固源分子束外延(SSMBE)技术, 在Si(111)衬底上异质外延生长3C-SiC单晶薄膜, 通过RHEED、XRD、AFM、XPS等实验方法研究了衬底温度对薄膜结构、形貌和化学组分的影响. 研究结果表明, 1000℃生长的样品具有好的结晶质量和单晶性. 在更高的衬底温度下生长, 会导致大的孔洞形成, 衬底和薄膜间大的热失配使降温过程中薄膜内形成更多位错, 从而使晶体质量变差. 在低衬底温度下生长, 由于偏离理想的化学配比也会导致薄膜的晶体质量降低.