退火对Cr3+离子掺杂Al2O3薄膜的结构及发光性能影响

用脉冲激光沉积技术在Si(100)基底上制备了纯Al2O3、掺杂浓度为0.3%、1%(质量分数)的Cr3+∶Al2O3薄膜。制备态的薄膜为立方γ-Al2O3结构,经800℃真空条件下退火1h样品的结晶度有所提高,呈现α-Al2O3相与γ-Al2O3相的衍射峰。薄膜基本保持了靶材中原有各元素成分比例,平均粒径为250nm,形貌为条形。与Al2O3粉体相比,制备态薄膜在386nm处的发光峰强度明显提高。这可归因于薄膜中氧空位的增加使双氧空位吸收电子所产生的F2+色心浓度提高。薄膜经真空退火后在332、398nm附近的发光峰强度明显增强,这是由于薄膜中氧空位的增加提高了F+、F色心浓度。与此同时,制备态薄膜在386nm附近发光峰经退火后由386nm蓝移至381nm,可归因于退火后制备态薄膜的内应力得到了释放。1%(质量分数)Cr3+掺杂薄膜在646、694nm出现Cr3+离子由4 T2能级跃迁至4 A2能级及由E-能级跃迁至4 A2能级产生的荧光发光峰。     

射频反应溅射AL2O3薄膜组分研究

通过射频反应溅射的方法制备Al2O3薄膜,并研究其中AL和O的化学配比,并取得初步结果。实验以高纯Al作为靶材,高纯度O2为反应气体,在单晶(100)Si片上镀制Al2O3薄膜。用XPS能谱分析仪测试,不同氩氧比的情况下,氧化铝薄膜的化学配比,并与反应速率曲线进行对比确定氩氧比工艺。结果表明,应用此工艺制备的Al2O3薄膜具有良好的化学配比,得出了用试验方法确定反应溅射Al2O3薄膜氧氩比工艺的方法,此方法简单有效。     

Al掺杂浓度对Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜铁电性能的影响

采用脉冲激光沉积法(Pulsed laser deposition,PLD)在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备TiN/Al掺杂Hf0.5 Zr0.5 O2/TiN的MIM(金属-绝缘体-金属)结构薄膜电容器.对Al掺杂浓度为0％ ～4％(摩尔分数)的Al:Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜的微观结构以及电学性能进行了研究,在此基础上,还研究了退火温度对Al:Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜的影响.测试结果表明,随着Al掺杂浓度的增大和退火温度的降低,四方相更加稳定,电滞回线更加细窄,剩余极化强度减小.退火温度为500℃时,掺杂浓度为1.03％(摩尔分数)的Al:Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜中将诱导出类似反铁电薄膜具有的双电滞回线特性,储能密度更高.分析结果表明,这些变化均是由于Al:Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜内四方相与正交相之间发生的场致可逆相变以及氧空位的再分布.     

奥氏体不锈钢表面硬质薄膜的制备与性能研究

用磁控溅射法在奥氏体不锈钢基片上分别制备了TiN薄膜和Al2O3薄膜,并用XRD、SEM和显微硬度等测试手段对沉积态和退火态薄膜进行表征,分析了不同工艺参数对薄膜的沉积速率、结构和性能的影响,从而得到最佳工艺参数。TiN薄膜在沉积气压为1．5Pa,氩氮比为16：16时薄膜的硬度值最大为16．0GPa。Al2O3薄膜在沉积气压为0．5Pa,氩氧比为10：1时薄膜的硬度值可达25．2GPa。     

离子束辅助沉积Al2O3薄膜的微观状态及其物理特性研究

本文利用透射电子显微镜、原子力显微镜、X光电子能谱等微观分析手段 ,系统研究了氧离子束辅助离子束沉积方法制备的Al2 O3 薄膜的化学成分、微观结构、表面形貌及其随退火温度的变化 ,并对Al2 O3 薄膜折射率、显微硬度和膜基结合强度等物理特性及其随沉积温度的变化进行了详细研究。研究发现 :用离子束辅助沉积制备的薄膜基本满足Al2 O3 的标准成分配比 ;在沉积温度低于 5 0 0℃制备的Al2 O3 薄膜以非晶Al2 O3 相a Al2 O3 为主 ;Al2 O3 薄膜的表面粗糙度、折射率、显微硬度随沉积温度的增加而增加 ;当沉积温度高于 2 0 0℃时 ,薄膜与基体间的膜基结合强度将随沉积温度的增加而下降。分析表明 :薄膜表面形貌与晶体内部的结构相变有关 ,薄膜的退火相变途径为a Al2 O380 0℃ γ Al2 O310 0 0℃ γ Al2 O3 +α Al2 O312 0 0℃ α Al2 O3 。     

氧控In2O3薄膜的光电性能

对比在控氧条件下制备态和退火态In₂O₃薄膜的微观结构和光电性能,分析两种状态中不同的氧作用机制。两种控氧行为都能够有效提高In₂O₃薄膜的晶格有序度和降低氧空位浓度,使其载流子浓度下降、迁移率提高和光学带隙变窄;等离子体制备过程中氧以高活性非平衡方式注入晶格,而退火时氧以低活性平衡态扩散的方式进入晶格;不同的氧作用机制使得退火态薄膜比制备态薄膜具有更少的结构缺陷、更高的氧空位浓度和更佳的透光导电性。     

磁控溅射制备纳米TiO2半导体薄膜的工艺研究与晶型分析

通过射频反应磁控溅射在玻璃基片上制备TiO2薄膜.采用X射线衍射仪、Ranman光谱仪和原子力显微镜研究退火温度对薄膜晶体结构和表面形貌的影响;还探讨了磁控溅射氧分压对薄膜性能的影响.结果表明:磁控溅射制备的薄膜在不同温度下退火,发现300℃退火薄膜没有结晶,薄膜表面呈圆形离散的颗粒状;400℃退火出现锐钛矿结构,是连续的致密均匀薄膜;500℃退火后薄膜锐钛矿结构更完善,(101)方向开始优先生长,空隙率变大,且锐钛矿结构更完整.随着退火温度的升高晶粒长大拉曼光谱出现红移,拉曼光谱所反应的锐钛矿信息增强,500℃退火时197 cm-1,出现了Eg振动模式.和标准的单晶TiO2体材料相比,拉曼峰位置都略有红移是纳米量子尺寸效应造成的.氩氧比分别为9:1、7:3和6:4溅射制备的薄膜通过400℃退火后的XRD衍射谱没有明显的区别,但拉曼光谱显示氩氧比为7:3时结晶要完善些.     

非晶SiOx:C薄膜的发光特性研究

采用双离子束溅射法制备了SiOx:C非晶薄膜,在室温下可观察到薄膜样品有强的420nm(紫光)、470nm(蓝绿光)的光致发光(PL).分别对样品在不同温度下退火后,PL测试显示随着退火温度的升高420nm处的峰带逐渐增强变为强的发光峰;470nm处的发光峰位来自于硅基薄膜中富硅引起的中性氧空位缺陷(O3≡Si-Si≡O3),是由与氧原子配位的二价硅的单态-单态之间的跃迁所致;420nm范围的峰带可能来自于薄膜中由C单质、以及Si、O、C三者组成的一个复杂结构.     

退火对两种硅基薄膜的结构及发光影响

采用双离子束共溅射沉积方法制备了两种复合硅基薄膜SiOxCy和SiOxNy薄膜,对两种薄膜进行后退火处理,并分别对样品进行PL、FTIR、XPS谱测试分析,比较退火前后的发光及结构的变化。两种样品的光致发光测试谱(PL)表明:退火前后都有两个发光峰位-都存在470nm的发光峰位,它来自于硅基薄膜中中性氧空位缺陷(O3≡Si-Si≡O3),是由于氧原子配位的二价硅的单态-单态之间的跃迁所致,其发光强度随退火温度的升高而变化。进一步的FTIR和XPS的测试谱表明另外一个发光峰位420nm(SiOxCy薄膜)和400nm(SiOxNy薄膜)分别来自于掺杂杂质(C和N)与硅基薄膜中的Si、O组成的复合结构。而两种样品经过退火处理后掺杂所引起的发光峰位强度随退火温度的升高而增强,说明退火温度的升高有利于发光机制的形成。     

原子层淀积 Al2O3薄膜的热稳定性研究

以Al（CH3）3和H2O为反应源，在270℃下用原子层淀积（ALD）技术在Si衬底上生长了Al2O3薄膜．采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）等分析手段对Al2O3薄膜的热稳定性进行了研究．结果表明刚淀积的薄膜中含有少量A-OH基团，高温退火后，Al-OH基团几乎消失，这归因于Al-OH基团之间发生反应而脱水．退火后的薄膜中O和Al元素的相对比例（1．52）比退火前的（1．57）更接近化学计量比的Al2O3．FTIR分析表明，在刚淀积的Al2O3中有少量的-CH3存在，CH3含量会随热处理温度的升高而减少．此外，在高温快速热退火后，Al2O3薄膜的表面平均粗糙度（RMS）明显改善，900℃热退火后其RMS达到1．15nm．     

Al2O3基陶瓷及玻璃基底制备Ta-N薄膜微结构与电学特性的比较研究

在N2、Ar气氛中,采用反应直流磁控溅射法在Al2O3基陶瓷及玻璃基底上制备了Ta-N薄膜,并对各样品的形貌结构、化学组分及电学特性进行了比较分析研究。结果表明,沉积于Al2O3陶瓷及玻璃基底的Ta-N薄膜分别呈团簇状生长与层状紧密堆积生长;Al2O3陶瓷基底沉积的Ta-N为单相薄膜,而玻璃基底上的Ta-N薄膜,随N2、Ar流量比增加,呈单相向多相共存转变;薄膜表面形貌和微结构与基底材料的原始形貌和微结构紧密相关,这说明基底材料对薄膜的形成有重要的影响;N2、Ar流量比相同时,玻璃基底上沉积的Ta-N薄膜电性能优于Al2O3基陶瓷基底上沉积的Ta-N薄膜。     

氧氩比对磁控溅射ZnO薄膜结构及光致发光性能的影响

采用射频反应磁控溅射法以不同的氧氩比在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜,并对薄膜进行了退火处理;利用X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）分别对薄膜的物相组成和表面形貌进行了分析,利用荧光分光光度计对ZnO薄膜的室温光致发光（PL）谱进行了测试。结果表明：当氧氩气体积比为7∶5时,所制备的ZnO薄膜晶粒细小均匀,薄膜结晶质量最好;ZnO薄膜具有紫光、蓝光和绿光三个发光峰,随着氧氩比的增加,蓝光的发射强度增强,而紫光和绿光的发射强度先增强后减弱,当氧氩气体积比为7∶5时紫光和绿光的发射强度最强。     

磁控反应溅射制备的Ta2O5薄膜的光学与介电性能

采用直流磁控反应溅射技术，在不同的Ar/O2比条件下制备了系列Ta2O5薄膜样品，采用紫外．可见光透射光谱和椭偏光谱测试分析技术，研究了Ta2O5薄膜在可见光范围内的透射率、折射率和消光系数；同时还采用HP 4192A阻抗分析仪测试分析了样品在500Hz～13MHz频段的介电谱，结果表明在300～700nm的可见光波长范围内，氧化钽薄膜的消光系数k→0，折射率＞2．0，透射率大约80％。500Hz下的低频介电常数5的典型值为20.1。损耗角正切tgδ为19.9。     

Deposition of c-axis orientation aluminum nitride films on flexible polymer substrates by reactive direct-current magnetron sputtering

Aluminum nitride (AlN) piezoelectric thin films with c-axis crystal orientation on polymer substrates can potentially be used for development of flexible electronics and lab-on-chip systems. In this study, we investigated the effects of deposition parameters on the crystal structure of AlN thin films on polymer substrates deposited by reactive direct-current magnetron sputtering. The results show that low sputtering pressure as well as optimized N₂/Ar flow ratio and sputtering power is beneficial for AlN (002) orientation and can produce a highly (002) oriented columnar structure on polymer substrates. High sputtering power and low N₂/Ar flow ratio increase the deposition rate. In addition, the thickness of Al underlayer also has a strong influence on the film crystallography. The optimal deposition parameters in our experiments are: deposition pressure 0.38 Pa, N₂/Ar flow ratio 2:3, sputtering power 414 W, and thickness of Al underlayer less than 100 nm.     

氧氩比和热处理对ZnO：Eu^3＋薄膜的结构及其发光性质的影响

用射频磁控溅射法在石英衬底上制备了ZnO：Eu^3＋薄膜,通过X射线衍射仪和荧光光谱仪对样品进行了表征,考察了氧氩比和退火工艺对其结构及发光性能的影响。结果表明：样品均呈现ZnO的六角纤锌矿结构,适当的氧氩比有利于ZnO的C轴择优取向的形成,高温退火会使晶粒尺寸增大;合适的氧氩比,尤其是退火工艺（700℃）可以促进ZnO基质（372nm）到Eu^3＋离子（^5Do-^7F2）之间的能量传递,但过多的氧及高温退火不利于稀土Eu^3＋离子465nm（^7Fo-^5D2）到611nm（^5Do-^7F2）的直接能量传递。     

反应溅射制备非晶Al2O3薄膜的介电特性

在氧气、氩气的混合气氛中,利用反应射频磁控溅射制备了厚度在100到10纳米的非晶氧化铝薄膜.通过Al-Al2O3-Al电容器研究了此非晶薄膜的介电性质.     

溅射工艺参数对Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜沉积速率和介电性能的影响

铁电/介电BST(BaxSr1-xTiO3)薄膜在微电子学、集成光学和光电子学等新技术领域有广泛的应用前景.用射频磁控溅射方法制备了厚约700 nm的Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜,采用Al/BST/ITO结构研究了溅射功率、溅射气压、O2/(Ar O2)比和基片温度对上述BST薄膜沉积速率和介电性能的影响,并根据这些结果分析了较优的工艺条件,同时用XRD、XPS和SEM研究了薄膜的晶相、组成和显微结构.     

Mg-Al共掺杂ZnO薄膜的制备及其光学特性

采用溶胶-凝胶（sol—gel）旋涂法在载玻片上制备了不同A1掺杂量的Mg—Al共掺杂ZnO薄膜．在室温下利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和光致发光（PL）谱仪等手段分析了Mg—Al共掺杂Zn0薄膜的微结构、形貌和发光特性．XRD结果表明Mg．AI＆掺杂zn0薄膜具有六角纤锌矿结构;随着Al掺杂量的增加,共掺杂薄膜呈C轴取向生长．由SEM照片可知薄膜表面形貌随Al掺杂量的增加由颗粒状结构向纳米棒状结构转变．透射光谱表明共掺杂薄膜在可见光区内的透射率大于50％,紫外吸收边发生蓝移．在室温下的PL谱表明Mg—Al共掺杂zn0薄膜的紫外发射峰向短波长方向移动：Al掺杂摩尔分数为1％和3％的Mg—Al共掺杂ZnO薄膜的可见发射峰分别为596nm的黄光和565nm的绿光．黄光主要与氧间隙有关,而绿光主要与氧空位有关．     

Controlling the crystallinity and roughness of atomic layer deposited titanium dioxide films

The surface roughness of thin films is an important parameter related to the sticking behaviour of surfaces in the manufacturing of microelectomechanical systems (MEMS). In this work, TiO2 films made by atomic layer deposition (ALD) with the TiCl4-H2O process were characterized for their growth, roughness and crystallinity as function of deposition temperature (110-300 degrees C), film thickness (up to approximately 100 nm) and substrate (thermal SiO2, RCA-cleaned Si, Al2O3). TiO2 films got rougher with increasing film thickness and to some extent with increasing deposition temperature. The substrate drastically influenced the crystallization behaviour of the film: for films of about 20 nm thickness, on thermal SiO2 and RCA-cleaned Si, anatase TiO2 crystal diameter was about 40 nm, while on Al2O3 surface the diameter was about a micrometer. The roughness could be controlled from 0.2 nm up to several nanometers, which makes the TiO2 films candidates for adhesion engineering in MEMS.     

Fabrication and photoluminescence of Er(3+)-doped Al2O3 thin films with sol-gel method

Erbium doped Al2O3 thin films were fabricated on quartz substrates in dip-coating process by sol-gel method, using the aluminum isopropoxide [Al(OC3H7)3]-derived AlOOH sols with the addition of erbium nitrate [Er(NO3)3 x 5H2O]. The as-deposited films, which erbium concentration was between 20 and 43 mol%, were annealed in air from 600 to 1200 degrees C. The phase structure was detected by X-ray diffraction (XRD) and the PL spectra in the wavelength range of 1400-1700 nm were investigated by spectrophotometer, which was exited by a 760 nm semiconductor LD. The PL spectrum shows a broadband extending from 1.430 to 1.670 microm and centered at 1.55 microm, corresponding to the intra-4f transition between the first excited (4I(13/2)) and the ground state (4I(15/2)) of Er3+. The full width at half maximum (FWHM) of PL peaks increase from 60 to 100 nm with temperature increased from 600 to 1200 degrees C.