应用纳米压痕法测试类金刚石薄膜力学性能的研究

介绍一种被称为材料机械性质微探针的新型纳米压痕仪，藉助于加荷-卸荷过程中压痕对负荷和压入深度，即压头位移的敏感关系，测试材料的硬度及弹性模量等力学性质。纳米和纳牛顿量级的压头位移与作用力，使得测试始终在大多数材料，特别是薄膜材料的弹性限度内，克服了维氏法、努氏法等传统方法引起压痕边缘模糊或者碎裂的缺点，保证了测试的正确性、可靠性和重复性。应用纳米压痕法成功地对具有脆性的类金刚石薄膜的硬度及弹性模量进行了测试和分析。     

铝纳米薄膜对铜纳米薄膜的防护作用

铜纳米薄膜在微电子器件中应用广泛。然而,纳米尺度的铜表面极易发生氧化,影响铜纳米薄膜的电学性能。利用物理气相沉积方法制备了铜纳米薄膜,研究了基底粗糙度对铜纳米薄膜电学性能退化的影响,发现基底粗糙度越大,铜的电学性能退化越快。通过在铜纳米薄膜的表面蒸镀铝纳米薄膜对铜纳米薄膜进行防护,研究了铝纳米薄膜厚度对其在不同环境下防护效果的影响,结果显示铝膜厚度越大,对铜纳米薄膜的防护效果越好。通过高温破坏测试,发现铝纳米薄膜能有效地提高铜纳米薄膜的极限工作温度,当铝纳米薄膜厚度为10 nm时,可将铜纳米薄膜的极限工作温度提高2.5倍。     

原位合成纳米Ag掺杂PVP薄膜的AFM研究

纳米材料近来成为材料界所关注的热点,这是因为纳米材料具有块体材料所不具备的独特性质,其中一个主要的原因是因其晶粒所产生的量子尺寸效应,这一效应在光学等领域有极其重要的应用。纳米银是金属纳米材料中最具代表性的材料之一。研究表明,利用纳米银粒子掺杂所制备的复合材料具有较高的光激发率[1]和极强的三阶非线性系数[2],所以近来对纳米银粒子的研究显得非常活跃。本文在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的醇溶液中原位合成了纳米Ag,采用旋涂法在硅片上制备Ag掺杂的PVP薄膜,用原子力显微镜(AFM)对薄膜样品进行观察。实验方法将一定量的PVP…     

Cu/Ta/SiO2/Si薄膜在纳米压痕下的分层现象研究

采用磁控溅射技术在热氧化单晶硅衬底上先后淀积了厚度分别为50nm的Ta膜和400 nm的Cu膜.使用纳米压入仪在样品表面进行压入测试,在薄膜表面制造出残留压痕.使用扫描电镜(SEM)、聚焦离子束(FIB)、透射电镜(TEM)和X射线能谱仪(EDX)对残留压痕形貌、剖面上的分层现象进行观察,确定分层所在的位置.发现在69 mN的最大载荷作用后,在TA/SiO2界面处发生分层.分层的原因主要归结为在应力作用下,多层膜中各种材料的应变、弹性恢复能力不同.     

纳米压痕和划痕法测定氧化硅薄膜材料的力学特性

为了研究不同制备工艺对材料力学性能的影响，选择了热氧化、LPCVD和PECVD三种典型工艺，在硅片上制备1μm氧化硅薄膜。通过纳米压痕和划痕检测可知，热氧化工艺制备的SiO2薄膜的硬度和模量最大，LPCVD制备的样品界面结合强度高于PECVD。纳米压痕和划痕技术为此提供了丰富的近表面弹塑性变形和断裂等的信息，是评价微米薄膜力学性能的有效手段。     

Pb纳米薄膜球化的TEM原位观察

众所周知,常规金属材料经冷变形后,金属中晶体缺陷密度增大,自由焓增高,处于一种热力学不稳定状态,其组织和结构具有恢复到稳定状态的倾向;当加热时,金属材料结构会发生回复、再结晶及晶粒长大等变化。然而,对于厚度在纳米尺寸的金属薄膜材料,即使在充分退火的状态下,由于表面能较高,材料也可能处于一种热力学不稳定状态,并具有恢复到稳定状态的倾向;加热时也可能产生一些结构变化。本文对具有自由表面的Pb纳米薄膜材料,在电子束辐照下进行原位透射电镜观察,发现Pb纳米薄膜结构发生球化,即纳米金属薄膜在电子束辐照下转变成纳米颗粒结构;而…     

基于纳米压痕法的SnBi-xNi钎料的塑性比较

借助纳米压痕的方法,采用压痕形成过程中塑性应变与总应变的比值来表征钎料塑性。对Sn Bi-x Ni(x=0,0.05,0.1,0.15和0.2)成分钎料的硬度、弹性模量及塑性进行了对比。结果表明:Sn58Bi钎料合金加入Ni元素后,钎料硬度和弹性模量升高。当Sn58Bi-x Ni钎料中Ni含量的质量分数为0.1%时,其硬度及弹性模量最大。当Ni质量分数超过0.1%时,钎料的硬度与弹性模量有所下降。当添加Ni元素质量分数为0.05%~0.1%时,钎料合金的组织得到了细化,钎料合金的塑性提高;当Ni质量分数大于0.15%时,钎料的塑性降低。     

银纳米晶体薄膜在纳米压痕下的微结构转变

利用直流磁控溅射在SiO2/Si双层基底上制备厚度为60 nm的银纳米晶体薄膜,使用纳米压痕仪对其进行压痕,使用原子力显微镜对压痕区域进行形貌表征,将压痕后的银薄膜转移到透射电子显微镜中观察研究微结构变化.结果表明,压痕区域呈正三角形,边缘有堆起现象;压痕前沉积态薄膜的晶粒较小呈等轴状,压痕后晶粒较大一般呈条带状,长度...     

化学原位还原法制备石墨烯－铜纳米颗粒复合物

石墨烯－铜纳米颗粒复合物具有良好的电导率、电催化活性和化学可修饰性,在电化学和生物传感器等方面有广泛的应用前景。本文采用水合肼和KBH4原位化学还原氧化石墨烯和Cu2＋混合溶液制备石墨烯－铜纳米颗粒复合物。结果表明：石墨烯－铜纳米颗粒复合物只有在碱性或中性溶液中才能制备成功,水合肼比KBH4的还原效果好。水合肼还原后的石墨烯呈半透明薄纱状,铜纳米颗粒成功地、均匀地沉积在石墨烯纳米片上,独立存在不团聚,大小均匀,边长≈1μm,呈三角形或者六边形纳米片,正六边形纳米片的｛111｝面、不规则六边形和三角形纳米片的｛110｝面平行于石墨烯的二维平面。     

纳米压痕技术控制电迁移现象中铝原子积聚位置研究

在利用电迁移现象制备铝纳米线的过程中,铝纳米线的生长位置取决于铝原子的积聚位置。为实现铝原子积聚位置控制,基于纳米压痕技术改变试样中铝膜的横截面结构,制备了铝膜试样。通过输入并调节直流电大小使铝膜内产生电迁移现象。试验结果表明,纳米压痕技术可有效提高局部区域的电流密度,显著增强铝原子的电迁移强度,并在压痕区域出现铝原子积聚现象。     

常规XRD对超薄PtSi/Si膜的表征技术的研究

由于超薄金属半导体薄膜在微电子领域具有广泛应用前景，因而对它的研究也越来越深入。针对超薄铂硅膜的超薄性和半导体基底给表征分析带来的困难，通过实验，用常规 Ｘ Ｒ Ｄ， Ｘ Ｐ Ｓ 研究了单晶硅基片上生长超薄铂硅膜表征技术，测出厚度约为３ ｎｍ 的铂硅膜的物相成分为 Ｐｔ Ｓｉ， Ｐｔ２ Ｓｉ。     

原位退火对磁控溅射制备的ZnS薄膜微结构和发光性能的影响

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了系列ZnS薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光分光光度计研究了Ar气氛中300～500℃原位退火对薄膜微结构和发光性能的影响.结果表明,退火温度对ZnS薄膜的结晶性能和晶粒大小的影响不大,但会显著影响其发光特性.低温退火处理的薄膜的PL谱具有多个发光峰,...     

Analysis of physical properties of III-nitride thin films by nanoindentation

The thin films of undoped GaN, GaN:Si, and Al_0.12Ga_0.88N on sapphire (0001) substrate using nanoindentation are investigated. The Young’s modulus, hardness, and plastic energy of the films were calculated from the loading-unloading curve. The true hardness, maximum shear stress, and degree of elastic recovery are then deduced from the preceding calculated data. In addition, the loading-unloading curve clearly shows the pop-in phenomena, which can be attributed to the dislocation nucleation. To better understand the factors affecting the quality of films produced, the stress-strain relationship, which is able to reflect the quality of the fabricated films, is also analyzed using nanoindentation.     

Study on dielectric properties of lanthanum copper tantalate ceramics by impedance spectroscopy

A new perovskite ceramic material with the composition La_2/3CuTa₄O₁₂ was synthesized by solid state reaction method. SEM observations revealed dense and fine-grained microstructure and not uniform grain size distribution in the ceramics sintered in the temperature range 1180–1220 °C. Impedance spectroscopy studies were carried out in the temperature range from −55 to 700 °C at frequencies 10 Hz–2 MHz. Three types of dielectric responses were recognized, attributed to grains, grain boundaries and the electrode-sample interface. The relaxation times determined from the impedance data follow the Arrhenius law with the activation energies of 0.25 eV and 0.94 eV for grains and grain boundaries, respectively. DC electrical conductivity of the investigated ceramics was investigated in the temperature range 20–700 °C. The determined activation energy of electrical conduction was about 0.5 eV. The dielectric properties of La_2/3CuTa₄O₁₂ ceramics were compared with those of other A_2/3CuTa₄O₁₂ (A=Y, Nd, Sm, Gd, Dy, Bi) materials, being the spontaneously formed internal barrier layer capacitors, and some essential differences were found.     

直流磁控溅射法制备非晶态氧化钒薄膜光学特性研究

研究了直流反应磁控溅射工艺中衬底温度对氧化钒(V2O5)薄膜性能的影响,利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见光分光光度计(UV1700)分别对薄膜进行了表征.实验结果表明,除了组分和晶态,薄膜的形貌和光学性能受衬底温度的影响很大.随着衬底温度的升高,膜表面变得粗糙,膜厚减小.光学特性测试表明,当衬底温度从160℃升高到320 ℃,光学带隙从2.39 eV下降到2.18 eV.     

超薄铜片激光点焊工艺研究

为了能用波长为1.064μm的Nd:YAG激光器对高反射率的超薄T2紫铜进行激光焊接,通过设计激光脉冲波形中的各个参量,并在纯氮保护、离焦量为+2mm、焊接速率为1.5mm/s的条件下,应用正交试验方法研究了脉冲峰值电流、脉冲峰值时间、脉冲频率的变化对焊接试件可承受的最大剪切应力的影响。通过实验研究,得出了脉冲峰值电流、脉冲峰值时间、脉冲频率对最大剪切应力的影响规律;并观察了焊缝表面及其显微组织。结果表明,通过设计激光脉冲波形等工艺参量,采用波长为1.064μm的Nd:YAG激光器可以对高反射率的超薄紫铜进行很好的点焊。     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。     

用直流磁控溅射法制备的ＩＴＯ薄膜的光电性能研究

用直流磁控溅射法将ＩＴＯ薄膜制备在玻璃基片上以作为太阳电池的透明电极。通过改变溅射功率、基片温度和工作气压来研究它们对所沉积的ITO薄膜的透过率和电导率的影响。实验结果表明：当溅射功率从30W增加到90W时,薄膜的透过率和电阻率都将减小;当基片温度从25℃ 增加到 150℃时,透过率稍微有点增大但电阻率减小;当工作气压从0.4Pa 增大到2.0Pa时,透过率减小,但电阻率增大。因此,在溅射功率为30W、基片温度为150℃、工作气压为0.4Pa 时,ITO薄膜有比较好的光电性能,其电阻率小于10-4 Ω•cm ,在可见光波段的透过率大于80%,适合于作为太阳电池的透明电极。     

PLD法制备ZnO薄膜的退火特性和蓝光机制研究

通过脉冲激光沉积(PLD)方法,在O2中和100～500℃衬底温度下,用粉末靶在Si(111)衬底上制备了ZnO薄膜,在300℃温度下生长的薄膜在400～800℃温度和N2氛围中进行了退火处理,用X射线衍射(XRD)谱、原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)谱表征薄膜的结构和光学特性。XRD谱显示,在生长温度300℃时获得较好的复晶薄膜,在退火温度700℃时获得最好的六方结构的结晶薄膜;AFM显示,在此退火条件下,薄膜表面平整、晶粒均匀;PL谱结果显示,在700℃退火时有最好的光学特性。     

激光散斑干涉法对人造金刚石烧结体弹性模量的研究

本文探讨了用激光散斑干涉法测定人造盘刚石烧结体弹性模量的实验原理、实验装置、测试方法和测试结果，并对如何减小测量误差进行了讨论。这种光测方法对于其他固体材料的弹性模量的测量也是有效的，并具有一定的开发价值。