AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明: 相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜, 通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差, 但表面较平整; 而且随着AlN缓冲层厚度的增加, GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见, AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。     

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明:相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜,通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差,但表面较平整;而且随着AlN缓冲层厚度的增加,GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见,AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。     

退火氧压对Zn_(0.99)Fe_(0.01)O薄膜的结晶质量及其激光感生电压效应的影响

采用脉冲激光沉积法(PLD)在Al2O3衬底上成功制备了Zn0.99Fe0.01O薄膜,研究了退火氧压对Zn0.99Fe0.01O薄膜的晶体结构及其激光感生电压(LIV)效应的影响。X射线衍射仪分析结果表明,Zn0.99Fe0.01O具有六角纤锌矿结构,并且是沿[001]取向近外延生长。同时随着退火氧压的增大,薄膜的晶粒尺寸先增大后减小,退火氧压为2000 Pa时薄膜晶粒尺寸最大,结晶质量最好。另外在10°倾斜的Al2O3单晶衬底上制备的Zn0.99Fe0.01O薄膜在3000 Pa的退火氧压下可以观察到最大的LIV信号,达到79.5 mV。     

Al_2O_3/AlGaN/GaN MOSH结构的制备和性能研究

采用激光脉冲沉积法(PLD)在AlGaN/GaN半导体异质结构衬底上沉积Al2O3栅介质层,并对该异质结构的电学性能进行研究。结果表明,Al2O3栅介质层改善了异质结构的界面质量,增强了器件结构的抗击穿电场强度。研究了沉积氧分压对异质结构性能的影响,电流-电压(I-V)测试结果表明,适当氧分压(0.1 Pa)有利于降低栅漏电流。Hall测量和电容-电压(C-V)模拟结果表明,不同的氧分压会改变Al2O3/AlGaN界面处的正电荷密度,从而改变半导体内的二维电子气(2DEG)密度。     

原位XPS分析Al2O3作为势垒层的Er2O3/Si结构

在超高真空条件下,通过脉冲激光沉积(PLD)技术制作了Er2O3/Al2O3/Si多层薄膜结构,原位条件下利用X射线光电子能谱(XPS)研究了Al2O3作为势垒层的Er2O3与Si界面的电子结构.XPS结果表明,Al2O3中Al的2p芯能级峰在低、高温退火前后没有变化;Er的4d芯能级峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒;衬底硅的芯能级峰在沉积Al2O 3时没有变化,说明Al2O3薄膜从沉积到退火不参与任何反应,与Si界面很稳定;在沉积Er2O3薄膜和退火过程中,有硅化物生成,表明Er2O3与Si的界面不太稳定,但随着Al2O3薄膜厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层很好地起到了阻挡扩散的作用.     

LiNbO_3/ZnO:Al集成结构的外延生长及电性能研究

采用脉冲激光沉积(PLD)法在蓝宝石衬底上先后外延生长了ZnO:Al(ZAO)和LiNbO3(LN)薄膜。通过X射线衍射分析(XRD)可知二者之间的外延关系为:LN(001)//ZAO(001)、LN[110]//ZAO[110]、LN[100]//ZAO[120]。制备了Au/LN/ZAO和ZAO/LN/ZAO两种电容器结构,对其进行了电流-电压(J-E)测试和铁电(P-E)分析,结果表明:LN/ZAO集成结构具有整流作用,ZAO/LN/ZAO结构表现出较好的绝缘性能,所制备的LN薄膜在室温下的剩余极化强度(Pr)约为1×10–6C/cm2,温度的升高能够促进电畴的翻转,使Pr增加为3×10–6C/cm2。     

Si衬底上侧向外延生长GaN的研究

采用条形Al掩模在Si(111)衬底上进行了GaN薄膜侧向外延的研究.结果显示,当掩模条垂直于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN无法通过侧向生长合并得到表面平整的薄膜;当掩模条平行于Si衬底[11-2]方向,也即GaN[10-10]方向时,GaN侧向外延速度较快,有利于合并得到平整的薄膜.同时,研究表明,升高温度和降低生长气压都有利于侧向生长.通过优化生长工艺,在条形Al掩模Si(111)衬底上得到了连续完整的GaN薄膜.原子力显微镜测试显示,窗口区域生长的GaN薄膜位错密度约为1×109/cm2,而侧向生长的GaN薄膜位错密度降低到了5×107/cm2以下.     

双异质外延SOI材料Si/γ-Al_2O_3/Si的外延生长

利用MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)和APCVD(atmosphere chemical vapor deposition)硅外延技术在Si(10 0 )衬底上成功地制备了双异质Si/γ- Al2 O3/Si SOI材料.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)及俄歇能谱(AES)对材料进行了表征.测试结果表明,外延生长的γ- Al2 O3和Si薄膜都是单晶薄膜,其结晶取向为(10 0 )方向,外延层中Al与O化学配比为2∶3.同时,γ- Al2 O3外延层具有良好的绝缘性能,其介电常数为8.3,击穿场强为2 .5 MV/cm.AES的结果表明,Si/γ- Al2 O3/Si双异质外延SOI材料两个异质界面陡峭清晰.     

钛酸锶钡薄膜的制备及其光学特性研究

用溶胶–凝胶法在石英和Al2O3单晶衬底上沉积Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜,应用XRD与SEM表征了BST薄膜的晶化行为和表面形貌。在700℃退火1 h的薄膜,其表面光滑、晶粒大小分布均匀、无裂缝、无针孔。应用双光束光度计,在200~1000 nm的波长范围测量了薄膜的透射光谱,并根据“包络法”理论计算薄膜的折射指数。结果表明,当波长从近红外范围(1 000 nm)降低到可见光范围(430 nm)时,薄膜的折射率从2.16增加至2.35,当波长降低到紫外范围时,薄膜的折射率迅速增加,在365 nm处n =2.67。实验还发现沉积在Al2O3衬底上的BST的能隙约为3.48 eV。     

衬底温度对Al2O3掺杂ZnO透明导电薄膜性能的影响

以纯度为99.9％的陶瓷靶(w(ZnO)=98％,w(Al2O3)=2％)为溅射靶材,采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积制备了Al2O3掺杂的ZnO(AZO)薄膜.采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)仪等仪器,对AZO薄膜的形貌结构、光电学性能进行了测试,从薄膜生长方式和缺...     

激光熔蚀反应淀积AlN薄膜残余应力及热稳定性的研究

激光熔蚀反应淀积于 Si(10 0 ) ,Si(111)基底上的 Al N薄膜是高质量高取向性的 Al N多晶膜 ,薄膜与基底的取向关系为 Al N(10 0 )∥ Si(10 0 ) ,Al N(110 )∥ Si(111)。薄膜具有较低的残余应力和较好的热稳定性。实验结果表明 ,当氮气压强和放电电压分别为 10 0× 133.33Pa和 6 50 V时 ,薄膜的残余应力低于 3GPa。此样品在纯氧环境 50 0℃时 ,经过 3h的退火 ,红外吸收谱检测未发现有Al2 O3 特征峰出现。对 Al N/Cu双层膜的研究表明所制备的 Al N薄膜在金属薄膜的防护上也有潜在的应用价值。     

Nucleation mechanism for epitaxial growth of aluminum films on sapphire substrates by molecular beam epitaxy

Aluminum (Al) epitaxial films with various thicknesses are grown on sapphire substrates by molecular beam epitaxy (MBE). The nucleation evolution of surface morphology and structural property during the growth of Al epitaxial films on sapphire substrates are investigated in detail. It is found that the 10 nm-thick Al epitaxial films grown on the sapphire substrates show the full-width at half-maximum (FWHM) for Al(111) of 0.35° and the root-mean square (RMS) surface roughness of 2.4 nm. When the thickness increases, the surface initially starts to roughen and then becomes smoother. At the same time, the crystal quality of the Al epitaxial films becomes better thanks to the annihilation of dislocations. As the thickness of Al epitaxial films reaches 800 nm, the FWHM for Al(111) is 0.04° and the RMS surface roughness is 0.14 nm, indicating the high crystal quality and flat surface morphology of Al epitaxial films. The corresponding nucleation mechanism of Al epitaxial films grown on sapphire substrates is hence proposed. This work is of great significance for the fabrication of Al-based devices.     

热电Ca3Co4O9薄膜的一致取向生长及其激光感生电压效应

利用脉冲激光沉积(PLD)法,在蓝宝石(0001)平衬底上成功制备了c轴一致取向的Ca3Co4O9薄膜。利用X射线衍射(XRD)分析测定了薄膜的相结构和生长取向。研究了不同衬底温度与不同原位氧压对Ca3Co4O9薄膜结晶质量与生长取向的影响,确定了最佳生长条件。利用这一条件在倾斜Al2O3(0001)衬底上制备了Ca3Co4O9薄膜。研究发现,当Ca3Co4O9薄膜被波长248nm,脉冲宽度20ns的脉冲激光照射时,在薄膜两端存在较大的激光感生热电电压(LITV)信号,峰值电压达到4.4V,其上升沿为36ns,半峰全宽(FWHM)为131ns。可以认为这种激光感生热电电压信号是由于Ca3Co4O9薄膜面内与面间泽贝克(Seebeck)系数张量的各向异性引起的。     

PLD法制备高介电调谐率的纳米晶BZT薄膜

用脉冲激光沉积工艺制备了Ba(ZrxTi1-x)O3(x=0.25,0.30简称BZT25和BZT30)介电薄膜。在650℃原位退火10 min,薄膜为(111)取向柱状生长的晶粒,取向度分别为0.45和0.75。BZT25和BZT30薄膜的平均晶粒尺寸分别为50 nm和60 nm。在室温、1 MHz和3×105 V/cm条件下,BZT25的最大εr和调谐率分别达到563和65%,BZT30的最大εr和调谐率分别达到441和57%。薄膜为(111)取向生长,主要是基于薄膜与底电极Pt界面层立方相结构Pt3Ti的诱导,即(111)Pt3Ti和(111)BZT的晶格匹配。     

PZT/NFO/LSMO多层磁电外延薄膜微观结构研究

用脉冲激光沉积法在(110)取向的SrTiO3(STO)单晶衬底上制备了Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/NiFe2O4/La0.7Sr0.3MnO3(PZT/NFO/LSMO)磁电复合外延薄膜,并用X射线衍射和透射电镜技术研究了外延薄膜的物相和显微结构。原子力显微镜结果表明PZT、NFO和LSMO薄膜表面均平整,晶粒尺寸分布均匀,表面粗糙度分别为1.8,1.7和0.2 nm。X射线衍射、选区电子衍射和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试结果均证明各层薄膜沿(110)STO衬底外延生长,其外延关系为(110)PZT//(110)NFO//(110)LSMO//(110)STO和[001]PZT//[001]NFO//[001]LSMO//[001]STO。HRTEM结果显示,NFO/LSMO界面和LSMO/STO界面平整外延性好,无缺陷,而PZT/NFO界面较粗糙;NFO薄膜表面呈锯齿状,锯齿状面为立方NFO的能量最低{111}面,而PZT薄膜表面呈岛状,进一步的显微结构分析认为PZT薄膜为层状-岛状生长模式。     

α-Al2O3上生长GaN过程中氮化的研究

在自行设计研制的电子回旋共振等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR?蛳EMOCVD)装置上生长氮化镓(GaN)薄膜，以氮等离子体为氮源，三乙基镓（TEG）为镓源，蓝宝石（α?蛳Al2O3）为衬底。通过反射高能电子衍射、原子力显微镜、射线衍射实验数据分析，研究了ECR等离子体所产生的活性氢源和氮源对蓝宝石（α?蛳Al2O3）衬底的氮化作用, 结果表明：在ECR等离子体中，不掺入氢气，温度较低时可以明显提高α?蛳Al2O3衬底的氮化效果，获得平整的氮化层，且生长的氮化镓缓冲层质量是最好的。     

二氧化钒薄膜的制备及性能表征

通过激光脉冲沉积法,分别在Csapphire和R—sapphire衬底上制备了单相二氧化钒（VO2）薄膜。用x射线衍射法表征了不同实验条件下制备的二氧化钒薄膜的结构性质,分析表明在600℃,10^-2torr的氧气分压下,生长15min可得到单相的二氧化钒（VO2）薄膜;重点研究了激光能量对薄膜电学性质的影响,实验结果表明激光能量在500-600MJ对制备的二氧化钒薄膜具有最好的电学性质。     

Laser processing of BN and AIN films

We have formed cubic boron nitride (c-BN) and hexagonal aluminum nitride (h-AlN) using novel pulsed laser processing methods. To synthesize c-BN, the boron target was evaporated by pulsed KrF laser (λ = 248 nm) with simultaneous bombardment with nitrogen ions. On the other hand, epitaxial deposited h-AlN on silicon and sapphire substrates was accomplished by pulsed laser evaporation of AlN target. The films of c-BN were polycrystalline on Si(100) and Si(111) substrates, and high-quality epitaxial h-AlN film was grown on (0001) sapphire with a following in-plane alignment of . This is equivalent to 30° rotation of the film with respect to the substrate in the basal c-plane. The absorption edge measured by ultraviolet-visible spectroscopy for the epitaxial AIN film was sharp and the band gap was found to be 6.1eV. Details of microstructure-property correlation of these films and possible applications are discussed.