退火温度对溅射Al膜微结构及应力的影响

用直流溅射法在Si基片上制备了 2 5 0nm厚的Al膜 ,并在不同退火温度下进行退火处理 ,用X射线衍射和光学干涉相位移法对薄膜的微结构及应力随退火温度的变化进行了研究。结构分析表明 :退火后的Al膜均呈多晶状态 ,晶体结构仍为面心立方 ;随着退火温度由 2 0℃升高到 4 0 0℃ ,薄膜的平均晶粒尺寸由 2 2 8nm增加到 2 5 1nm ;薄膜晶格常数在不同退火温度下均比标准值 4 0 4 96 A稍小。应力分析表明 :随退火温度的升高 ,Al膜应力减小 ,30 0℃时平均应力减小为 2 730× 10 8Pa且分布均匀 ;在 4 0 0℃时选区范围内应力差仅为 3 82 8× 10 8Pa。     

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．     

退火时间对磁控溅射Al/PbTe薄膜结构及性能的影响

采用RF磁控溅射法制备了Al/PbTe薄膜,并在真空电阻炉中对薄膜进行退火处理,研究了退火时间对Al/PbTe薄膜的表面形貌、物相组成、透射率和电阻率的影响。结果表明：所制备的Al/PbTe薄膜具有明显的〈100〉方向择优取向;随着退火时间的延长,薄膜的PbTe（200）衍射峰强度明显下降,并且出现了PbTe（111）衍射峰;退火后Al/PbTe薄膜表面出现了花状聚集,且随着退火时间的延长,花状聚集越来越密集和均匀;退火后Al/PbTe薄膜的吸收带向短波方向发生了少许偏移,随着退火时间的延长薄膜的透射率和电阻率都呈现先减小后增大的趋势。     

溶胶-凝胶法生长（002）高度择优取向的ZnO∶Al薄膜

采用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备了高度择优取向的ZnO∶Al薄膜。用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）分别对薄膜结构和形貌进行了表征,用紫外-可见透射光谱和四探针研究了薄膜的光电性能。结果表明：制备的ZnO∶Al薄膜为六角纤锌矿结构,且具有明显的c轴择优取向;Al离子的掺杂浓度和退火温度对薄膜的结构、光电性能有一定的影响,薄膜在可见光区的光透过率为80%~95%;Al的掺杂浓度为1%样品在600℃下空气中退火1h后,薄膜最低的电阻率为7.5×10-2Ω.cm。     

Ti/A1N快速退火界面反应的实验研究

在电子封装用的A1N陶瓷多晶衬底上生长250nm的Ti膜，并进行快速退火。用RBS（卢瑟福背散射）、AES（俄歇电子能谱）、SIMS（二次离子质谱）和XRD（X射线衍射）等实验技术对界面反应进行了分析研究，用划痕实验测量了退火对Ti／A1N界面粘附力的影响。实验结果表明：快速退火时，Ti，A1，N以及A1N中掺杂的O均发生明显的界面扩散和界面反应。样品表面的O和A1N衬底中掺杂的O都向Ti膜中扩散，在较低的退火温度下生成TiO2；在较高的退火温度下与扩散到Ti膜中的A1反应，在Ti膜中间形成Al2O3层。N向Ti中扩散，并与Ti反应生成TiN。在薄膜和衬底之间有Ti的氧化物生成。粘附力的测量结果表明：在较低的温度下进行快速退火可以明显提高Ti／A1N界面的强度，在较高的温度下，界面强度有所下降。     

掺硼a-Si:H薄膜脉冲快速光热退火(PRPTA)的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）法制备掺硼非晶硅（a-Si：H）薄膜,然后用脉冲快速光热退火（PRPTA）法对其进行固相晶化。研究结果表明：掺硼a-Si：H薄膜在550℃恒温条件下退火3h后,其结晶状况无明显变化;而通过加高温热脉冲可以在玻璃衬底上获得晶化较好的P型多晶硅薄膜。另外,非晶硅薄膜的掺硼浓度及脉冲条件对脉冲快速光热退火的效果有一定影响。     

纳米Ta-Al-N薄膜的制备及其扩散阻挡特性的研究

采用直流反应磁控溅射方法在P型（100）Si衬底上制备了Ta-Al—N纳米薄膜与Cu／Ta-Al—N复合膜，并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火（RTP）。用四探针电阻测试仪（VPP）、AFM、SEM—EDS、Alpha—stepIQ台阶仪和XPd）等分析测试方法对样品的形貌结构与特性进行了分析表征。实验结果表明，本实验条件下制得的Ta-Al—N纳米薄膜表面光滑；随着Al靶溅射功率的增加，Ta-Al—N薄膜中Al含量和方块电阻相应增大，均方根粗糙度降低，而沉积速率变化不大，且Ta-Al—N膜层对Cu扩散的阻挡能力增强。但在过高的温度下退火，导致Cu通过Ta-Al—N的晶界扩散到Ta-Al—N／Si界面并形成Cu3Si，从而引起阻挡层的失效。     

砷化镓衬底CVD金刚石薄膜辐射探测器的研究

在砷化镓（GaAs）衬底上采用微波等离子体化学气相沉积法（MPCVD）制备了金刚石薄膜,并对制备的薄膜进行抛光、表面氧化、退火等处理以提高薄膜质量,再用磁控溅射法在薄膜表面沉积金（Au）铝（Al）电极,制备了简易的CVD金刚石薄膜辐射探测器。采用扫描电子显微镜（SEM）和拉曼光谱（Raman）技术对制得的金刚石薄膜质量进行了分析研究。结果表明,薄膜为[100]晶面取向,表面平整,杂质含量低。采用5.9keV55FeX射线对所制备的探测器进行辐射实验,测出其光电流和暗电流特性,从而对辐射探测器性能进行了表征。     

AlN:Er薄膜在不同退火温度下应力诱导的微观结构演变

以透射电镜中的弱束衍衬成像和高分辨相位衬度成像为主要表征手段,辅以X射线衍射、拉曼光谱等测试方法,对Al N:Er样品在退火过程中的微观结构演变过程进行了深入分析。在透射电镜观察下,Er离子注入的Al N样品在退火前存在三个区域:区域Ⅰ为自表面以下约30 nm深度;区域Ⅱ为区域I以下约50 nm深度;区域Ⅲ为区域Ⅱ以下的部分,其中区域Ⅱ为损伤最为严重的区域。在较低的温度(如1025℃时)退火后,区域Ⅰ消失;但1200℃退火后,又重新可以观察到区域Ⅰ。结合TEM、XRD和Raman测试结果,从损伤恢复和应力释放的角度对上述实验现象进行了理论解释:由于Er离子半径和基体原子半径的差异,在区域Ⅱ中引入较大的应力;在1025℃退火时,来自区域Ⅱ的应力作用于区域Ⅰ,导致区域I发生大的晶格扭曲,和区域II合并,用TEM观察不到;在1200℃退火时,应力在表面释放,区域I的晶格扭曲修复,从而用TEM可重新观察到。     

Al2O3薄膜的发光性能及其结构研究

以高纯铝为靶材,在不同氧氩比例下,采用直流反应磁控溅射法制备了Al2O3薄膜。用F-4500型荧光分光光度计测量其荧光光谱,观察到416 nm和438 nm处的光致发光发射谱（PL）,是由于氧空位充当的色心所致,且随着氧氩比例的增加,峰的位置基本不变,强度先上升后下降,这是由于氧氩比例的改变导致氧空位浓度变化引起的。通过对未退火及不同温度退火样品的XRD分析发现：室温沉积的Al2O3薄膜为非晶态,400℃退火开始有晶体出现,且退火温度越高,结晶性能越好。     

热处理温度对铁电薄膜底电极Pt和Pt／Ti物相与形貌的影响

随着热处理温度上升，在ＳｉＯ２／Ｓｉ衬底上溅射的Ｐｔ、Ｐｔ／Ｔｉ电极中，构成Ｐｔ薄膜的晶粒由小变大，由分布均匀到晶粒局部聚集，最后分离成小岛。Ｔｉ层可提高Ｐｔ薄膜与基片间的粘附性和高温下的稳定性。快速热处理可提高Ｐｔ薄膜在高温下的连续性。并研究了Ｐｔ薄膜对ＰＬＴ铁电薄膜的成品率和分散性的影响。     

基于锆钛酸铅薄膜的变形镜微致动器

以锆钛酸铅（PZT）薄膜作为驱动材料,制备了变形镜的微致动器阵列．使用有限元软件对致动器进行了模拟仿真,得到了驱动器上电极尺寸、Si弹性层厚度等参数对致动器性能的影响,获得了最优化的致动器结构．以钙钛矿相的镍酸镧（LNO）作为PZT薄膜在Pt衬底上生长的缓冲层,增强了PZT薄膜的（100）取向,减小了PZT薄膜的内部应力,提高了致动器的驱动性能．最终制备出的1μm厚PZT薄膜驱动的变形镜微致动器,在10V直流电压的激励下,具有2．0μm的变形量．以PZT薄膜作为驱动材料制备的变形镜微致动器阵列,对变形镜致动器的微型化和系统集成度的提高具有重要意义．     

激光脉冲沉积制备钛酸锶钡薄膜及其介电调协特性

在Pt（111）／Ti／SiO2／Si（100）衬底上,用脉冲激光沉积工艺制备出了高度a轴取向生长的（Ba0.65Sr0．35）TiO3（BsT）薄膜。薄膜为柱状生长的纳米晶粒,平均晶粒尺寸为50nm。在外加电场254kV／cm时,BST薄膜的相对介电常数与介电调谐率为810和76．3％。高的介电调谐率主要是BST薄膜具有高度a轴取向的柱状生长晶粒,因为来自沿平面c轴极化而产生的内部应力,在电场作用下,获得了高介电调谐率。     

Comparative Study of LiMn2O4 Thin Films Heat-treated by Conventional and Rapid Thermal Annealing

Cathode material LiMn2O4 thin films were prepared by solution deposition followed by conventional thermal annealing (CTA) and rapid thermal annealing (RTA) using lithium acetate and manganese acetate as starting materials. The phase and surface morphology identification was done by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The electrochemical properties of the thin films were carried out by cyclic voltammetry, charge-discharge experiments, electrochemical impedance spectroscopy and potential step technique. The results show that both thin films are homogeneous and crack-free. Compared with the CTA derived thin films, the RTA derived ones with smaller grain size are more smooth and dense. The CTA and RTA derived LiMn2O4 thin films deliver the capacity of 34.5 μAh/(cm2 ·μm) and 38 μAh/(cm2 ·μm) and show the capacity loss of 0.050% and 0.037% per cycle after being cycled 100 times, respectively. The diffusion coefficient of lithium ion in the CTA derived LiMn2O4 thin-film electrode is 4.59×10-11 cm2/s, and that of lithium ion in the RTA derived one is 3.86×10-11 cm2/s.     

玻璃衬底和Si衬底制备的Zn0.96Nd0.04O薄膜的结构研究

通过射频磁控溅射技术在玻璃衬底和Si（111）村底上制备了Zn0.96Nd0.04O薄膜。XRD分析表明,Zn0.96Nd0.04O薄膜是具有C轴择优生长的纳米多晶薄膜,Nd以替位原子的形式存在于ZnO晶格,Nd掺杂没有改变ZnO晶格结构。从AFM图中看出,薄膜表面形貌较为粗糙,Si衬底薄膜的晶粒具有规律且晶粒尺寸大于玻璃衬底。     

N掺杂Cu2O薄膜的低温沉积及快速热退火研究

采用氧化亚铜(Cu_2O)陶瓷靶,利用射频磁控溅射沉积法在氮气和氩气的混合气氛下制备了N掺杂Cu_2O(Cu_2O∶N)薄膜,并在N_2气氛下对薄膜进行了快速热退火处理,研究了N_2流量和退火温度对Cu_2O∶N薄膜的生长行为、物相结构、表面形貌及光电性能的影响。结果显示,在衬底温度300℃、N_2流量12sccm条件下生长的薄膜为纯相Cu_2O薄膜;在N_2气氛下对预沉积薄膜进行快速热退火处理不影响薄膜的物相结构,薄膜的结晶质量随退火温度(450℃)的升高而显著改善;快速热退火处理能改善薄膜的结晶质量和缺陷,降低光生载流子的散射,增强载流子的传输,预沉积Cu_2O∶N薄膜经400℃退火处理后展示出较好的电性能,薄膜的霍尔迁移率(μ)为27.8cm~2·V~(-1)·s~(-1)、电阻率(ρ)为2.47×10~3Ω·cm。研究表明低温溅射沉积和快速热退火处理能有效改善Cu_2O∶N薄膜的光电性能。     

SiO2层上沉积的纳米多晶硅薄膜及其特性

采用低压化学气相沉积(LPCVD)系统以高纯SiH4为气源,在p型10.16 cm<100>晶向单晶硅衬底SiO2层上制备纳米多晶硅薄膜,薄膜沉积温度为620℃,沉积薄膜厚度分别为30 nm、63 nm和98 nm.对不同薄膜厚度的纳米多晶硅薄膜分别在700℃、800℃和900℃下进行高温真空退火.通过X射线衍射(XRD)、Raman光谱、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对SiO2层上沉积的纳米多晶硅薄膜进行特性测试和表征,随着薄膜厚度的增加,沉积态薄膜结晶显著增强,择优取向为<111>晶向.通过HP4145B型半导体参数分析仪对沉积态掺硼纳米多晶硅薄膜电阻I-V特性测试发现,随着薄膜厚度的增加,薄膜电阻率减小,载流子迁移率增大.     

不同退火方式对0.7BiFeO3-0.3PbTiO3薄膜的铁电性能及漏电流的影响

利用溶胶凝胶法在LaNiO3/SiO2/Si衬底上制备了0.7BiFeO3-0.3PbTiO3(BFPT7030)薄膜,研究了快速退火及常规退火两种不同的后续退火处理方式对薄膜铁电性能及漏电流性能的影响.XRD测试表明,经快速退火处理的BFPT7030薄膜结晶完好,呈现出单一的钙钛矿相.SEM测试结果显示,经快速退火处理的BFPT7030薄膜结晶充分,但经常规退火处理的BFPT7030薄膜表面致密性较好,且在升温速率为2℃/min时薄膜的晶粒更细小.经快速退火处理的BFPT7030薄膜的铁电性能较为优异,在升温速率为20℃/s时,其剩余极化Pr为22μC/cm2,矫顽场Ec为70 kV/cm,并具有较小的漏电流.XPS测试结果表明,经常规退火处理的BFPT7030薄膜其铁离子的价态波动较小.     

Effects of post-rapid thermal annealing on structural, electrical and optical properties of hydrogenated aluminum doped zinc oxide thin films

In this study, hydrogenated aluminum doped zinc oxide (HAZO) thin films were prepared by DC magnetron sputtering in different H₂/(Ar+H₂) volume ratio atmosphere. The effects of post-rapid thermal annealing (RTA) in Ar+8 % H₂ atmosphere on the structural, optical, and electrical properties of the thin films were investigated systematically. Results showed that the RTA treatment effectively improved the electrical conductivity of the HAZO thin films with small hydrogen content, due to the increase of the Hall mobility and the carrier concentration. The lowest resistivity of the HAZO thin film deposited in 8 % H₂ ratio atmosphere reached 6.3 × 10^?4 Ω cm after RTA. The improved electrical properties of the RTA-treated HAZO films were ascribed to the activation of Al dopants, the increase of oxygen vacancies and the desorption of negative charged oxygen species at the grain. These results implied that RTA process might be useful to fabricate high quality HAZO films with a low thermal budget.     

Influence of rapid thermal annealing on surface texture-etched Al-doped ZnO films prepared by various magnetron sputtering methods

The influence of rapid thermal annealing (RTA) on surface texture formation as well as the light management obtainable by wet-chemically etching was investigated for transparent conducting Al-doped ZnO (AZO) thin films prepared by various types of magnetron sputtering deposition (MSD) with an oxide target. Texture-etched AZO films prepared by an r.f. (13.56 MHz) power-superimposed d.c. magnetron sputtering deposition (rf + dc-MSD) exhibited a higher haze value than found in equivalent films prepared by d.c. MSD. The order that the RTA treatment and the etching were conducted considerably affected the obtainable surface texture. Conducting the etching after a heat treatment with RTA in air resulted in larger etch pits as well as higher haze values than were obtained in AZO films that were etched before the RTA. A high haze value generally above 70% in the range from visible to near infrared (at wavelengths up to 1200 nm) was obtained in texture-etched AZO thin films that were prepared by rf + dc-MSD and etched after RTA at a temperature of 500 °C for 3 min.