基于第一性原理的氧化银纳米薄膜光学性质的研究

采用密度泛函理论构建了氧化银表面结构,并分析了薄膜厚度对结构稳定性及光学性质的影响规律,得出了氧化银(100)、(110)和(111)纳米薄膜的折射率、介电函数。研究表明,纳米薄膜的折射率、介电函数在可见光波段均低于块体,对(100)和(110)面来说,随着薄膜厚度的增加,其折射率、介电函数实部逐渐增加并接近于块体。而对于消光系数来讲,这三个表面构成的纳米薄膜均低于块体,尤其(111)面的吸收相对于另外两个面来说更小,其中21层和24层相对更小。因此可以得出结论:由氧化银纳米薄膜构建的光存储和磁光存储纳米薄膜器件,具有更高的透过率。     

3D ES势垒对Cu(111)和Cu(OO1)晶面同质外延生长的影响

三维3D ES势垒直接影响着层间扩散,在Cu(111)和Cu(100)面2D ES势垒和3D ES势垒是不同的.本文主要研究了基于(1+1)维KMC模型,在这两个特殊的晶面上Cu薄膜的同质外延生长.观察两个面的生长情况,发现随着温度的增加薄膜的粗糙度逐渐减小,由于Cu(111)表面2D ES势垒较小,所以Cu(111)面粗糙度的下降的速度比Cu(100)要快,Cu(111)表面更有利于薄膜的生长.对于纳米棒的应用,在生长时间较短时两个面的生长速率逐渐减小,但是Cu(100)面的生长速度比Cu(111)面更快,随着生长时间的增加,这两个面会出现多层台阶,Cu(111)面的生长速度会逐渐增加,最终会超过了Cu(100)面.多层台阶出现后对两个面的影响是不同的.由于Cu(111)表面3D ES势垒较大,在Cu(111)表面会形成较多的多层台阶,Cu(111)面上多层台阶数有利于纳米棒的生长,然而在Cu(100)表面3D ES势垒较小,Cu(100)表面很难形成多层台阶,所以Cu(100)面上纳米棒的生长速度并没有增加.正是因为3D ES势垒的存在才会导致多层台阶的出现,较大的3D ES势垒有利于纳米棒的生长.     

3D ES势垒对Cu(111)和Cu(001)晶面同质外延生长的影响（英文）

三维3D ES势垒直接影响着层间扩散,在Cu(111)和Cu(100)面2D ES势垒和3D ES势垒是不同的。本文主要研究了基于(1+1)维KMC模型,在这两个特殊的晶面上Cu薄膜的同质外延生长。观察两个面的生长情况,发现随着温度的增加薄膜的粗糙度逐渐减小,由于Cu(111)表面2D ES势垒较小,所以Cu(111)面粗糙度的下降的速度比Cu(100)要快,Cu(111)表面更有利于薄膜的生长。对于纳米棒的应用,在生长时间较短时两个面的生长速率逐渐减小,但是Cu(100)面的生长速度比Cu(111)面更快,随着生长时间的增加,这两个面会出现多层台阶,Cu(111)面的生长速度会逐渐增加,最终会超过了Cu(100)面。多层台阶出现后对两个面的影响是不同的。由于Cu(111)表面3D ES势垒较大,在Cu(111)表面会形成较多的多层台阶,Cu(111)面上多层台阶数有利于纳米棒的生长,然而在Cu(100)表面3D ES势垒较小,Cu(100)表面很难形成多层台阶,所以Cu(100)面上纳米棒的生长速度并没有增加。正是因为3D ES势垒的存在才会导致多层台阶的出现,较大的3D ES势垒有利于纳米棒的生长。     

CaRuO3电极对(Ba,Sr)TiO3薄膜的介电特性的影响

在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上,用脉冲激光沉积工艺分别制备出了(110)外延取向生长的(Ba0.65Sr0.35)TiO3/CaRuO3(BST/CRO)异质结构薄膜;BST/CRO异质结构薄膜由纳米晶团簇组成,最大的团簇晶粒达500 nm,平均晶粒尺寸在60～80 nm,薄膜厚度为650 nm.BST/CRO异质结薄膜均为表面平滑和致密结构.BST/CRO异质结薄膜的介电常数和介电调谐率分别高达851和78.1%.与纯BST薄膜比较,用CRO作电极,增益介电常数与介电调谐率.     

取向对PLD法制备BiFeO3薄膜性能的影响

以快速等离子烧结法(SPS)制备的BiFeO3块体为靶材,用激光脉冲沉积(PLD)法在不同衬底上制备了BiFeO3(100)/LaNiO3(100)/Si(100)、BiFeO3(111)/LaNiO3(111)/SrTiO3(111)、BiFeO3(110)/Pt/TiO2/SiO2/Si、BiFeO3(110)LaNiO3(110)/Pt/TiO2/SiO2/Si不同择优取向的薄膜,并对薄膜进行了XRD和SEM分析。X射线衍射结果表明,BiFeO3薄膜外延沉积在导电层衬底上,并且它们具有相同的高度取向。SEM分析表明,薄膜上的晶粒是柱状形态,表面光滑致密且颗粒分布非常均匀,晶粒的边界和尺寸也能被清晰地观察到。通过铁电铁磁性能研究,BiFeO3(111)择优取向性能最佳。SrTiO3衬底上(111)取向的BiFeO3薄膜铁电剩余极化值达到了30.3μC/cm2,漏电流为1.0×10-3 A/cm2,饱和磁化强度为20.0kA/m。     

二氧化钛过渡层对脉冲激光沉积钛酸锶钡薄膜微结构和介电性质的影响

选取极薄Ti02作为过渡层,采用脉冲激光沉积法分别在Si(100)和Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基底上制备了Bao.6Sro.4TiO3(BST)薄膜,研究过渡层对BST薄膜微结构及电学性质的影响.发现厚度20纳米以内的锐钛矿相结晶TiO2过渡层可使BST薄膜由无规则取向转变为(111)择优取向,而非晶和较厚TiO2过渡层对BST薄膜的取向无影响.结晶的TiO2过渡层也使薄膜的表面颗粒变细.还研究了不同厚度TiO2对BST薄膜电学性质的影响,结果表明BST薄膜在Pt(111)底电极上加入极薄的结晶TiO2过渡层后电学性质有明显改善,薄膜的介电常数和可调谐度提高,而介电损耗降低.加入膜厚约5nm的TiO2过渡层后,测试频率为10 kHz时薄膜相应介电常数、介电损耗及可调谐度分别为513、0.053和36.7%.     

氧分压对RF磁控溅射ZrO2薄膜生长特性的影响

采用反应射频(RF)磁控溅射法在n型(100)单晶S基片上沉积了ZrO2膜,研究了氧分压与ZrO：薄膜的表面粗糙度和沉积速率、SiO2中间界层的厚度以及ZrO2薄膜的折射率之间关系。结果表明：随着氧分压增高,薄膜的沉积速率降低,表面粗糙度线性地增加;在低的氧分压情况下,Si基片表面的本征SiO2层的厚度增加幅度较小,在高的氧分压情况下,Si基片表面的本征SiO2层的厚度有较大幅度地增加;在O2／Ar混和气氛下,溅射沉积的ZrO2薄膜的折射率受氧分压的影响不显著,而在纯氧气气氛环境下,ZrO2薄膜的折射率明显偏低,薄膜的致密性变差。     

LaNiO3缓冲层对Pb(Zr,Ti)O3铁电薄膜的影响

采用化学溶液法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了PbZr0．4Ti0.6O3／LaNiO3(PZT／LNO)多层薄膜。X射线衍射测量表明LNO缓冲层的引入使PZT薄膜(111)择优取向度减小,(100)取向增加。原子力显微镜测量表明引入LNO缓冲层使得PZT薄膜表面更加平整、致密。在LNO缓冲层上制备的PZT薄膜具有优良的铁电特性和介电特性：LNO缓冲层厚度为40nm时,500kV／cm的外加电．场下。剩余极化(Pr)为37．6μC／cm^2,矫顽电场(Ec)为65kV／cm;100kHz时,介电常数达到822,并且发现LNO缓冲层的厚度为40nm,PZT的铁电、介电特性改进最为显著。     

真空蒸发沉积CdZnTe纳米薄膜的结构与形貌

采用真空蒸发沉积技术在ITO玻璃上制备得到CdZnTe纳米晶薄膜,并利用台阶仪、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了CdZnTe薄膜厚度、成分、结构和形貌特征。实验结果表明,薄膜在(111)面表现出明显的择优生长特性。在薄膜生长初期,纳米薄膜中存在一定程度的非晶态富集Te,但随着沉积时间延长,薄膜成分向化学计量比逼近,结构也向闪锌矿CdZnTe转变。薄膜表面形貌平整,粗糙度Ra约为2～5nm。随着沉积时间的延长,薄膜形貌由晶粒堆砌状向多晶层片连接状转变。在沉积时间分别为15、30和45min时,薄膜的厚度依次分别约为100、300和500nm,而薄膜的晶粒平均尺寸依次分别为43.15、30.81和71.94nm。     

银薄膜织构变化的定量研究

利用X射线衍射(XRD)织构分析技术研究了未退火及在400℃温度条件下经4h真空退火处理后的银薄膜织构。结果表明，银薄膜主要存在(111)和(100)面织构组份。银沉积薄膜(未退火)中(111)取向的晶粒多于(100)取向的晶粒。经退火处理后的硅基银薄膜表现更强的(111)和(100)面织构，而且(111)和(100)取向的晶粒数量基本相当。用表面能和应变能各向异性驱动晶粒生长的机理对此给予了解释。     

Ag—MgF2纳米金属陶瓷薄膜的光吸收特性

测量了真空热蒸发沉积法制备的Ag-MgF2纳米金属陶瓷薄膜在近紫外到可见光区的吸收光谱、光学常数和介电函数，观察到在427nm处有明显的表面等离子激元共振吸收峰。消光系数与介电函数的虚部谱形类似。讨论了共振吸收峰位置与金属微粒尺寸的关系。     

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.     

纳米多孔光波导漏模共振传感器的折射率灵敏度分析(英文)

在玻璃基片上射频溅射50 nm厚的金膜,然后利用TiO2胶体溶液在金膜表面制备了厚度约为320 nm的TiO2纳米多孔薄膜.以此双层膜为漏模光波导芯片,构建了基于Kretschmann结构的波长调制型光波导漏模共振(LMR)传感器.利用扫描电子显微镜(SEM)观测了TiO2纳米多孔薄膜的表面和横截面形貌.实验研究了在纳米多孔光波导中给定漏模的共振波长及折射率灵敏度与入射角的依赖关系.结果表明,随着入射角的增大,共振波长逐渐蓝移,折射率灵敏度随之下降.此外,与传统的表面等离子体共振(SPR)传感器进行了对比,结果表明在相同的共振波长下,纳米多孔光波导LMR传感器折射率灵敏度大于SPR传感器.     

纳米ZrO2薄膜的制备与表征

用水热盐溶液水解法可合成含有单斜相晶态纳米ZrO2颗粒的ZrO2溶胶体.用匀胶法制备的纳米ZrO2薄膜厚度约160 nm,折光率为1.56.纳米ZrO2薄膜表面质量良好,无表面裂隙,台阶仪研究表明薄膜表面粗糙度算术差Ra=2.7 nm,均方根差Rq=3.7 nm.以ZrO2为高折射率膜层,碱催化的溶胶凝胶SiO2为低折射率膜层,制备了SiO2/ZrO2多层高反射率薄膜,10周期的SiO2/ZrO2多层膜系,在1.06 μm波段处透过率为1%,薄膜表面抗激光损伤阈值约15 J/cm2(1.06 μm,2.5 ns高功率激光作用下).     

甲烷浓度对CVD金刚石薄膜晶体学生长过程的影响

采用X射线衍射技术、电子背散射衍射技术和扫描电镜分别观察了不同甲烷浓度条件下沉积的CVD自支撑金刚石薄膜的宏观织构、微区晶界分布和表面形貌.研究了金刚石晶体{100}面和{111}面生长的晶体学过程.研究表明,{100}面通过吸附活性基团CH^2- 2,而{111}面通过交替吸附活性基团CH^-3和CH^-3后脱氢堆积碳原子.低甲烷浓度时,{111}面表面能低于{100}面,使{111}面生长略快于{100}面.甲烷浓度升高,动力学作用增强使{100}面生长明显快于{111}面,使金刚石薄膜产生{100}纤维织构;同时显露的{100}面平行于薄膜表面,竞争生长使位于晶体侧面的{111}面由于相互覆盖而减小,形成了不同于单晶体自由生长的薄膜表面形貌组织.     

薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响

以高纯SiH4为气源,采用低压化学气相沉积方法在p型〈100〉晶向单晶硅上620℃制备纳米多晶硅薄膜,对不同薄膜厚度纳米多晶硅薄膜分别在700、800、900℃进行高温真空退火,通过X射线衍射(XRD)、Raman光谱(Raman)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究薄膜厚度、退火温度对薄膜结晶取向、表面形貌等结构特性影响。结果表明,随薄膜厚度增加,薄膜取向显著且多晶特征明显,沉积薄膜多晶取向为〈111〉、〈220〉和〈311〉晶向,择优取向为〈111〉晶向,TO模强度减弱且加宽,晶粒大小增加;同一薄膜厚度,随真空退火温度升高,X射线衍射峰强度增强,TO模强度增强。     

纳米薄膜厚度的X射线测量

研究了通过小角度X射线衍射(XRD)技术测量纳米薄膜沉积厚度与沉积速率的方法,并测定了在SiC表面沉积Fe纳米薄膜的厚度和沉积速率。结果表明,采用小角度XRD技术测量纳米薄膜厚度和沉积速率,能克服基片性质、表面平整度和金属膜氧化的影响,准确、方便地测量纳米薄膜的厚度和沉积速率。     

交替中间热处理BST薄膜介电性能研究

用溶胶凝胶(Sol-Gel)法制备了三种钛酸锶钡(Ba_0.6Sr_0.4TiO₃, BST)薄膜：常规的四层薄膜, 在逐层制备过程中,对首层薄膜进行中间热处理(Preheat-treatment, PT)的四层薄膜及间隔或交替地对奇数层薄膜进行中间热处理（称为交替中间热处理(Alternate-preheat-treatment, APT)）的八层薄膜. 用XPS研究薄膜表面成分化学态, 用SEM和AFM观察表面形貌及晶化, 并进行了介电性能测试. 结果表明, 常规薄膜介电性能差; 经PT, 薄膜裂纹和缩孔显著减少,形貌明显改善,表面非钙钛矿结构显著减少, 介电性能明显提高; 经APT, 薄膜形貌进一步改善,平均晶粒大小约30nm,非钙钛矿结构进一步减少, 介电损耗明显降低,介电稳定性和介电强度大幅度提高. APT为制备退火温度低及结构均匀致密的纳米晶BST薄膜提供了新方法, 可满足低频实用要求. 退火温度对薄膜厚度的影响也进行了讨论.     

钽基体上铜薄膜微观结构的分子动力学模拟

运用分子动力方法模拟了铜薄膜在钽（100）及（111）基体上沉积过程。结果表明沉积过程中铜薄膜的晶格位向取决于钽基体的晶格位向．在钽（100）面上，铜薄膜在不同的温度下分别沿（111）或（110）面生长，所形成的晶界与住错沿着薄膜的生长方向发展，薄膜表面的粗糙度与沉积温度有关，低温时表面粗糙度较大。而在钽（100）面上，铜薄膜的外延生长面为（100）面，位错沿（111）面分布，并只存在于界面附近，在铜薄膜的内部仅有少量的点缺陷，薄膜表面粗糙度较小并与沉积温度无关。     

电弧离子镀TiN/Ti纳米多层膜的力学性能

采用多弧离子镀技术,在不同沉积参数下合成具有纳米调制周期的TiN/Ti多层膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、XP-2台阶仪、XP型纳米压痕仪、X射线能谱仪(EDS)研究了调制周期对TiN/Ti纳米多层膜微观结构、表面形貌以及力学性能的影响。结果表明,膜层由TiN和Ti交替组成,不存在其它杂相,且TiN薄膜以面心立方结构沿(111)密排面择优生长;TiN/Ti多层膜外观致密、平滑、颜色均匀金黄,随着调制周期的减小,薄膜表面大颗粒数量和尺寸均减小,且氮含量逐渐升高,膜层硬度呈现出增大的趋势。