低温生长硅基碳化硅薄膜研究

在 8 5 0℃的低温下 ,在Si( 10 0 )衬底上生长了 3C SiC薄膜 ,气源为SiH4和C2 H4混合气体。用X射线衍射、X射线光电子能谱和傅立叶红外吸收谱分析了薄膜的晶体结构、组分以及键能随深度的变化。研究表明薄膜为富硅的 3C SiC结晶层 ,其中的Si/C比约为 1 2。     

Si(111) 衬底上3C-SiC的超低压低温外延生长

研究了发展一种Si衬底上低温外延生长3C－SiC的方法。采用LPCVD生长系统，以SiH4和C2H4为气源，在超低压（30Pa) ,低温（900℃）的条件下，在Si(111衬底上外延生长出高质量的3C－SiC薄膜材料。采用俄歇能谱（AES），X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）等分析手段研究了SiC薄膜的外延层组分，晶体结构及其表面形貌。AES结果表明薄膜中的Si/C的原子比例符合SiC的理想化学计量比，XRD结果显示了3C－SiC外延薄膜的良好晶体结构，AFM揭示了3C－SiC薄膜的良好的表面形貌。     

Si和C的存在形态对TiSiCN薄膜微观结构与性能的影响

为扩展Ti Al N和Ti CN薄膜的应用,以适应高速切削和绿色干式切削加工技术发展趋势和要求,采用工业化多弧离子镀在工业用钢H13表面制备Ti SiCN硬质薄膜,以改善H13钢的力学和摩擦学性能。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损仪研究了Si和C的存在形态及其对Ti SiCN薄膜的微观形貌、微观结构、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明:Ti Si CN薄膜组织致密,具有纳米晶Ti(CN)与非晶相(SiC、Si3N4和C);薄膜中C原子固溶于Ti(CN)中,随着C含量的增加,Ti(CN)固溶度增加;部分C以非晶态的形式存在,起到阻碍Ti Si CN纳米晶粒生长作用; Si以非晶SiC和Si3N4相的形式存在,并包裹Ti CN纳米晶,抑制薄膜晶粒的长大;高Si含量Ti Si CN-No.2薄膜和高C含量Ti Si CN-No.3薄膜表现出高硬度和耐磨减摩特性。     

Si基β-SiC薄膜外延生长技术研究

采用SiH4-C3H8-H2气体反应体系,通过常压化学气相淀积（APCVD）工艺在P型Si(100)衬底上进行了β-SiC薄膜异质外延生长。利用俄歇电子能谱、SEM及X射线衍射能谱进行了生长薄膜微结构分析。提出并讨论了外延生长β－SiC薄膜的最佳工艺条件及其生长机理。     

等离子体源增强磁控溅射沉积Al2O3薄膜研究

采用电子回旋共振微波等离子体源增强磁控溅射沉积氧化铝薄膜。X射线光电子谱和X射线衍射分析表明，在600℃沉积温度下，Si（100）基片上获得了亚稳的具有化学计量配比成分、面心立方结构的γ－Al2O3薄膜。薄膜的折射率为1．7，与稳定的α－Al2O3体材料相当。     

过渡金属Mn对SiC薄膜的结构和光学性能的影响

采用射频磁控溅射的方法在Si衬底上制备了掺Mn的SiC薄膜,用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜及荧光光谱等方法,对薄膜的结构、表面形貌、化学键状态和光学性能进行了研究。结果表明：掺Mn使SiC晶格发生畸变,X射线衍射峰强度下降,Si-C键振动减弱;同时,由于掺Mn后提供了更多的Si空位复合发光中心,SiC薄膜在近带边414nm处的室温光荧光峰增强为1．3倍。     

微波等离子CVD法在石英玻璃上生长金刚石薄膜

在真空条件下采用氢气刻蚀二氧化硅形成硅膜，用微波等离子化学气相沉积法在玻璃上生长金刚石薄膜，并用X射线衍射、Raman光谱和光电子能谱对石英玻璃上的金刚石薄膜进行分析，指出其形成中间层SiO2/Si/SiC/C（金刚石）是在石英玻璃上生长金刚石薄膜的关键。     

飞秒脉冲激光沉积 Si基α轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜及I-V特性研究

采用飞秒脉冲激光沉积系统，在Si（111）衬底上制备了α轴和c轴择优取向的Bi4Ti3O12薄膜．X射线衍射（XRD）表明；室温（20℃）下沉积的Bi4Ti3O12／Si（111）薄膜呈C轴择优取向，晶粒的平均直径为20nm．在500℃沉积的Bi4Ti3O12／Si（111）薄膜呈α轴择优取向．测量了薄膜的电滞回线和，I-V特性曲线，并用分布参数电路研究了Bi4Ti3O12薄膜的，I-V特性曲线和铁电性的关联性．α轴择优取向Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度Pr=15μC／cm^2，矫顽力Ec=48kV／cm．     

磁约束电感耦合等离子体增强反应溅射沉积nc-TiN/a-Si3N4纳米复合薄膜

介绍一种新型磁束缚电感耦合等离子体增强的物理化学气相沉积复合系统，并用该系统通过反应磁控溅射TiSi合金靶，在氩气和氮气等离子体作用下，在单晶硅衬底上制备了nc—TiN／a—Si3N4纳米复合薄膜．扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子谱仪和高分辨率透射电子显微镜的分析和观察结果清晰地表明该薄膜是具有纳米结构的复合薄膜，主要由镶嵌在非晶态Si3N4基体中的TiN纳米晶粒组成，TiN晶粒的尺寸约为3nm。     

SiCN薄膜的制备及其性能研究

利用射频溅射法在Si衬底上制备了SiCN薄膜，并利用X射线衍射（XRD）、红外吸收谱（FTIR）和X射线光电子谱（XPS）对薄膜的结构、成份及化学键合状态进行了分析。结果表明，室温制备的SiCN薄膜为非晶状态，并形成了Si-C、Si-N和C－N键；而在高温下（衬底温度为800℃），薄膜中含有SiCN的晶体成分。此外，还利用原子力显微镜（AFM）对薄膜的表面形貌进行了研究，并进一步研究了样品的场发射性能。在场强为24V／μm时，最大发射电流可达3.3mA/cm^2。     

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.     

SiC/C薄膜的制备及其力学性能

以SiC 超细粉为原料、采用热等离子体物理气相沉积( TPPVD) 技术快速制备出了高质量SiC/ C 薄膜, 最大沉积速度达到225 nm/ s, 高于常规物理气相沉积( PVD) 和化学气相沉积(CVD) 法两个数量级。用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X 射线光电子谱对薄膜的形貌和微结构进行了观察和分析, 并用纳牛力学探针测定了薄膜的力学性能。研究结果表明, 向等离子体中导入CH₄, SiC/ C 薄膜沉积速度增大, 薄膜中C 含量增加, 薄膜断面呈现柱状结构。薄膜硬度和弹性模量随薄膜中C 含量增加而降低, 在接触深度为40 nm 时由纳牛力学探针测得沉积薄膜的最大硬度达到38 GPa。     

XPS结合氩离子溅射剖析Si/C多层膜的化学状态

采用X射线光电子能谱结合氩离子溅射对用作锂离子电池负极的Si/C多层膜进行了表面测试及深度剖析,获得了Si/C多层膜结构中不同深度位置的成分及化学状态.分析结果表明,Si/C多层膜中各层Si、C薄膜之间存在界面元素相互扩散,扩散至相邻层薄膜中的Si、C元素主要以化合物SiC形式存在,且处于不同位置的SiC的化学键能受周...     

β—FeSi2和β—Fe（C,Si）2薄膜的电子显微及X射线衍射研究

本利用X射线衍射和透射电子显微镜对离子注入合成的β－Fe(C,Si)2薄膜进行了研究，对掺杂C前后样品的对比研究表明，选择C作为掺杂元素，能够得到界面平直，厚度均一的高质量β相薄膜，晶粒得到细化，β－FeSi2层稳定性提高，因此从微结构角度考虑，引入C离子对于提高β－FeSi2薄膜的质量是很有益处的，进一步进行光学吸收表征，发现C离子的引入对β层的Eg^d值没有产生明显影响，所以综合来说C离子的引入有利于得到高质量的β－FeSi2薄膜，用掠入射X射线衍射和Celref程序精确地测量薄膜的晶格常数，当C／Fe的剂量比为0．5％时，尽管C的原子半径比Si的小，β相晶格却膨胀了，这可能是由于间隙固溶的原因，进一步增加掺杂量到一定的程度时，单胞体积会缩小，这是由于形成了置换固溶体，碳置换了β单胞中的部分硅。     

Si(111)衬底上多层石墨烯薄膜的外延生长

利用固源分子束外延(SSMBE)技术, 在Si(111)衬底上沉积碳原子外延生长石墨烯薄膜, 通过反射式高能电子衍射(RHEED)、红外吸收谱(FTIR)、拉曼光谱(RAMAN)和X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等手段对不同衬底温度(400、600、700、800℃)生长的薄膜进行结构表征. RAMAN和NEXAFS结果表明: 在800℃下制备的薄膜具有石墨烯的特征, 而 400、600和700℃生长的样品为非晶或多晶碳薄膜. RHEED和FTIR结果表明, 沉积温度在600℃以下时C原子和衬底Si原子没有成键, 而衬底温度提升到700℃以上, 沉积的C原子会先和衬底Si原子反应形成SiC缓冲层, 且在800℃沉积时缓冲层质量较好. 因此在Si衬底上制备石墨烯薄膜需要较高的衬底温度和高质量的SiC缓冲层.     

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。     

Si3N4薄膜的表面微观特性

利用偏心静电单探针诊断了反应室内的等离子体密度的空间分布;在不同的工艺条件下制备了Si3N4薄膜,由STM和Telystep-Hobbso轮廓仪研究了ECR－PECVD制备的Si3N4薄膜的表面微观特性,分析了沉积温度对ECR－PECVD制备的Si3N4薄膜表面平整度特性影响的物理机理;结果表明ECR－PECVD制备的薄膜是一种表面均匀致密的纳米Si3N4薄膜。     

非晶态和纳米晶碳化硅薄膜的制备及力学性能

以SiC超细粉为原料、利用热等离子体PVD(TPPVD)技术快速制备出了优质非晶态和纳米晶SiC薄膜.用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子谱、红外分光谱对薄膜的微结构进行了观察和分析.用纳牛力学探针测量了薄膜的力学性能.研究结果表明,只有当基板温度低于600℃、粉末供给速度不超过20mg/min时可沉积非晶态SiC薄膜,最大沉积速度达到25nm/s;当基板温度在600℃～1000℃时沉积的β-SiC薄膜是晶粒大小为3 nm～5 nm的纳米晶薄膜,最大沉积速度达到230 nm/s.非晶态和纳米晶SiC薄膜的硬度分别达到33.8 GPa和38.6 GPa.     

AlN-Si_3N_4膜

用直流反应溅射沉积AlN－Si3N4膜。通过红外吸收光谱和X射线衍射来验证薄膜的结构。通过各种测量，给出了吸收系数、电阻率、应力、硬度和结合力。实验表明，AlN－Si3N4膜具有良好的光、电和机械特性。     

飞秒脉冲激光沉积Si基α轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜及Ⅰ-Ⅴ特性研究

采用飞秒脉冲激光沉积系统,在Si(111)衬底上制备了a轴和c轴择优取向的Bi4Ti3O12薄膜．X射线衍射(XRD)表明:室温(20℃)下沉积的Bi4Ti3O12／Si(111)薄膜呈c轴择优取向,晶粒的平均直径为20nm．在500℃沉积的Bi4Ti3O12／Si(111)薄膜呈a轴择优取向．测量了薄膜的电滞回线和Ⅰ-Ⅴ特性曲线,并用分布参数电路研究了Bi4Ti3O12薄膜的,Ⅰ-Ⅴ特性曲线和铁电性的关联性．a轴择优取向Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度Pr=15μC／cm2,矫顽力Ec=48kV／cm．