退火对铝诱导结晶锗薄膜的影响及其机理

为实现在Si衬底上制备GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池,本工作尝试利用磁控溅射和常规退火技术,采用铝诱导结晶(AIC)法在(100)晶面单晶硅衬底上制备Ge薄膜,利用金相显微镜(Metallographic microscopy)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)对其进行表征。分析了铝诱导过程中退火时间和退火温度对Ge薄膜结晶性的影响,发现退火温度越低、时间越长,制备的薄膜质量越好,确定了Ge薄膜晶化的最低退火温度为250℃,并在该温度下成功制备出了晶粒尺寸超过100nm、Ge(111)晶面择优取向度达到99%以上的Ge薄膜。     

快速光热退火制备硅基锗薄膜的机理研究

采用磁控溅射技术首先在单晶硅衬底上溅射石墨缓冲层,然后在石墨层上溅射沉积Ge薄膜。采用快速光热退火和常规热退火对Ge薄膜后续处理。通过X射线衍射及Raman光谱测试,研究不同退火条件下薄膜的晶化情况,揭示了光子在薄膜晶化中的作用。研究表明,光量子效应对锗薄膜晶化既有晶化作用,也有退晶化作用。     

溶胶-凝胶法制备(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3铁电薄膜晶化行为研究

利用溶胶-凝胶法在(111)Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了无铅(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3(NKBT)铁电薄膜。利用XRD和原子力显微镜(AFM)分别对薄膜的晶化行为和表面形貌进行了表征。结果表明,在一定温度范围内,随着热分解温度和退火温度的升高,薄膜的晶化程度变得越来越完全,晶粒变得更加均匀致密。当热分解温度为450℃、退火温度为700℃时,薄膜表现出最优的晶化行为,其铁电性能良好,剩余极化强度(Pr)和矫顽场强(Ec)分别为10.37μC/cm2和78.2kV/cm。     

硅(100)衬底表面快速热退火制备硒纳米晶薄膜的结晶动力学

采用超高真空气相沉积系统在Si(100)衬底上制备非晶硒(Se)薄膜,然后快速热退火制得Se纳米晶薄膜。SEM观察结果表明,当热退火温度高于140℃,薄膜表面形貌从条状裂纹逐渐变成孤立的六角块状结构。Raman和XRD测试分析发现,退火后的Se纳米晶均为三角晶型结构,当退火温度高于140℃时,Se开始沿(100)方向择优取向结晶。分析得出,在Si(100)衬底上的Se晶粒(100)晶面的激活能比(101)晶面的激活能低,因而在(100)面上的结晶速率比(101)面上的结晶速率大,使得Se在(100)方向择优结晶。笔者认为这是因为Si(100)衬底对Se的结晶具有诱导作用,致使硒的结晶具有各向异性。     

溶胶-凝胶法制备(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3铁电薄膜晶化行为研究

利用溶胶-凝胶法在(111)Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了无铅(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3(NK-BT)铁电薄膜。利用XRD和原子力显微镜(AFM)分别对薄膜的晶化行为和表面形貌进行了表征。结果表明,在一定温度范围内,随着热分解温度和退火温度的升高,薄膜的晶化程度变得越来越完全,晶粒变得更加均匀致密。当热分解温度为450℃、退火温度为700℃时,薄膜表现出最优的晶化行为,其铁电性能良好,剩余极化强度(Pr)和矫顽场强(Ec)分别为10.37μC/cm2和78.2kV/cm。     

退火温度对Ge/SiO2多层膜的结构和光学性能的影响

采用磁控溅射技术在石英衬底上制备出(Ge/SiO2)15多层膜,并在不同温度下对其进行退火处理。XRD和Raman结果表明:溅射态的薄膜为非晶态,当退火温度为500℃时开始出现明显的结晶衍射峰,随后晶化率明显增大,当600℃后,薄膜的晶化率几乎不变。FESEM和小角度X射线衍射结果表明:溅射态薄膜的层与层之间存在明显的界面,具有良好的周期性,升高退火温度,晶粒尺寸增大,但仍保持周期性结构。薄膜的紫外-可见光吸收光谱表明:随着退火温度的升高,吸收边发生红移,光学带隙从溅射态的1.86eV减小到600℃时的1.59eV。     

非晶SrTiO3纳米薄膜退火处理方法的研究

用激光脉冲沉积技术(PLD),以N型(100)Si为基底在300℃下制备100nm非晶STO薄膜,分别用常规退火(CFA),快速退火(RTA)以及激光诱导晶化(LIC)处理将其转化多晶薄膜,用XRD测定薄膜相组分和结晶质量,用AFM观测薄膜表面微结构.比较不同工艺退火对薄膜结晶品质的影响并阐述了各自形核结晶的机理.     

SiO2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响.实验结果表明,当衬底温度超过500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点.在650 ℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成.     

MOD法制备的Pb0.985La0.01(Zr0.4Ti0.6)O3

采用金属有机分解法(MOD)在LNO(100)／Si衬底上制备了Pb0．985La0．01(Zr0．4Ti0.6)O3铁电薄膜，在薄膜的快速退火过程中，增加了一个中间温度预退火过程，并研究了该过程对薄膜晶型结构和铁电性能的影响．结果发现，中间温度预退火过程可以影响薄膜对晶型结构的选择．没有中间温度预退火过程的薄膜，显示出(100)择优取向；而经中间温度预退火的薄膜则表现为随机取向．对薄膜铁电性能的研究表明，没有中间温度预退火过程的薄膜的铁电性能较差，经380℃预退火的薄膜显示出最佳的铁电性能．晶型结构取向和缺陷是影响PLZT。薄膜铁电性能的两个主要因素．     

钛酸锶钡(BST)薄膜晶化过程研究

采用射频磁控溅RF-magnetron sputting)法制备了钛酸锶钡(BST)薄膜,用快速热处理(RTA)和常缮规热处理(CFA)对薄膜进行晶化.利用AFM、XRD等技术分析了钛酸锶钡薄膜的晶化过程,以及不同退火温度和退火方法下薄膜的晶粒、晶相特性.实验表明:钛酸锶钡薄膜在500℃开始结晶,到700℃左右时结晶比较完善,晶化过程中没有出现择优取向;从表面形貌和X射线衍射图综合分析,快速退火的晶化效果要优于常规退火.     

SiO2/Si(111)表面Ge量子点的生长研究

Si衬底用化学方法清洗后,表面大约残余1.0 nm厚SiO2薄膜.利用原子力显微镜(AFM)和反射高能电子衍射(RHEED)来研究温度和Ge蒸发厚度对在SiO2薄膜表面生长的Ge量子点的影响.实验结果表明,当衬底温度超过500 ℃时,SiO2开始与Ge原子发生化学反应,并形成与Si(111)表面直接外延的Ge量子点.在650 ℃时,只有Ge的厚度达到0.5nm时,Ge量子点才开始形成.     

Sol-gel法制备LaNiO3/Bi4Ti3O12异质薄膜及性能研究

采用Sol-gel(溶胶-凝胶)法在Si衬底上制备LaNiO3/Bi4Ti3O12(LNO/BTO)叠层薄膜,并研究了不同退火温度下BTO薄膜的生长行为和铁电、介电性能.试验表明,与单晶Si直接作衬底制备的Bi4Ti3O12薄膜相比,引入过渡层LNO降低了Bi4Ti3O12薄膜与衬底的晶格失配度,减少了热应力和外应力,缓解了薄膜龟裂的现象,而且制备出的Ag/BTO/LNO/Si异质薄膜电容具有优良的介电性质.     

SiC缓冲层用于改善硅基氮化镓薄膜的质量研究

用脉冲激光沉积法在硅衬底上沉积GaN薄膜,为了减小Si衬底与GaN薄膜之间的热失配和晶格失配引入SiC缓冲层.脉冲激光沉积后的GaN薄膜是非晶结构,将样品在氨气氛围中在950℃下退火15min.得到结晶的GaN薄膜.并用X 射线衍射、原子力显微镜、傅立叶红外吸收谱、光致发光谱研究了SiC缓冲层对GaN薄膜的结晶、形貌和光学性质的影响.     

Sol-gel法制备Si基Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜

采用Sol-gel法分别在Si(100)和Si(111)衬底上制备Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)(BNT)铁电薄膜。研究了衬底、退火温度、退火保温时间和薄膜厚度等因素对BNT铁电薄膜结晶和微观结构的影响。在500℃退火的BNT薄膜已经结晶形成层状钙钛矿相;升高退火温度(500～800℃)、延长保温时间(30～150min)、增加薄膜厚度(170～850nm),都有利于BNT薄膜晶粒长大,其中退火温度和薄膜厚度是影响晶粒长大的关键因素;每次涂覆的厚度大约是85nm。与Si(100)衬底相比,由于Si(111)与BNT薄膜具有更好的晶格匹配,因此BNT薄膜在Si(111)衬底上更容易结晶。     

SiCN扩散阻挡层薄膜的制备及特性研究

采用磁控溅射法在单晶硅衬底上制备了SiCN及Cu/SiCN薄膜,并对试样进行了退火处理.利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、四探针测试仪(FPP)研究了SiCN薄膜的表面形貌、物相结构及在Cu/SiCN/Si结构中SiCN薄膜对铜与硅的阻挡性能.结果表明,沉积态SiCN薄膜为无定型的非晶结构,晶化温度在1000℃以上;SiCN薄膜作为Cu的扩散阻挡层有较好的热稳定性及阻挡性,阻挡失效温度在600℃左右.     

后处理工艺对BST薄膜残余应力的影响的分析

采用射频磁控溅射在Pt/Ti/SiO2/Si（100）衬底上制备了钛酸锶钡（BST）薄膜，利用气氛炉对薄膜进行晶化处理，晶化后薄膜的应力采用XRD表征。研究其残余应力随退火气氛、退火温度以及退火降温速率变化的趋势，通过对不同后处理工艺参数实验结果的分析，得到较优化的工艺参数，以制备较小残余应力的优质BST薄膜。     

退火温度对Bi3.15(Eu0.7Nd0.15)Ti3O12铁电薄膜力学性能的影响

利用金属有机物分解法(MOD)在Pt/Ti/SiO2/Si(111)衬底上制备了Bi3.15(Eu0.7Nd0.15)Ti3O12(BENT)薄膜,并经600℃、650℃、700℃、750℃退火处理。通过纳米压痕法测试了薄膜的硬度和弹性模量,采用X射线衍射(XRD)测量了薄膜的残余应力。BENT薄膜的晶粒尺寸随着退火温度的升高而不断变大。当晶粒尺寸从37 nm增大到46 nm时,薄膜的硬度值从8.4 GPa减少到3.1 GPa,弹性模量从171.5 GPa减小到141.6 GPa。随着退火温度从600℃升高到750℃时,薄膜的残余压应力值从–743 MPa减小到了–530 MPa。退火温度为600℃的BENT薄膜具有最大的硬度和弹性模量。     

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.     

衬底温度对脉冲激光沉积多晶锗薄膜的影响

以p型单晶硅为衬底基板,在不同衬底温度下,采用脉冲激光沉积法结合退火处理,制备了多晶锗薄膜。利用包括拉曼光谱仪和椭圆偏振仪等各种测试方法,对薄膜的形貌和微观结构进行了分析表征。结果表明,不同衬底温度下制备的锗薄膜的形貌结构有明显不同。当硅衬底的温度为300℃时,锗薄膜已经完全晶化,是结晶质量良好的多晶锗薄膜,拉曼峰谱位于297cm~(-1)处,晶体取向为(111),(220),(311)。而衬底温度低于100℃时,获得的是非晶锗薄膜,只有经过450℃以上的退火处理后,才转化为多晶锗薄膜,拉曼光谱位于298.2cm~(-1)处,半高宽9.5cm~(-1),是具有(111)择优取向的多晶锗膜。     

Si基富Ge含量Si1-x-yGexCy异质结构的热退火行为研究

研究了Si基富Ge含量的Si1-x-yGexCy异质结构的热退火地为,采用等离子体增强化学气相淀积（PECVD）法在Si(100）衬底上淀积一层厚度为170nm的Si1-x-yGexCy薄膜（x-0.7,y-0.15),并在其上覆盖－Ge层,将样品分别在650度和800度下进行N2氛围下热退火20min。用拉曼谱（Raman),俄歇电子能谱（AES）以及X射线光电子能谱XPS等方法对样品进行研究。研究结果表明,低温PECVD法生长的Si1-x-yGexCy薄膜是一种亚稳结构,Ge/Si1-x-yGexCy/Si异质结构在650度下呈现不稳定性,薄膜中的Ge,C相对含量下降,且在界面处出现Ge,C原子的堆积,经过800度下退火20min的样品中C 含量基本为0,Ge相对含量下降至约20％左右,且薄膜的组分比较均匀。