AlN-Si_3N_4膜

用直流反应溅射沉积AlN－Si3N4膜。通过红外吸收光谱和X射线衍射来验证薄膜的结构。通过各种测量，给出了吸收系数、电阻率、应力、硬度和结合力。实验表明，AlN－Si3N4膜具有良好的光、电和机械特性。     

等效厚度评估GaAs MMIC的Si3N4电容可靠性

通过不同GaAs MMIC的MIMSi3N4电容结构,运用TDDB理论研究分析了斜坡电压下的MIM Si3N4电容的导电特性和击穿特性,确定了GaAs MMIC的MIM Si3N4电容失效不是介质本征击穿导致失效,而主要是由Si3N4介质的缺陷引起。基于缺陷导致介质电场击穿的原理,提出了等效厚度模型评估和监测GaAs MMIC的Si3N4介质电容的质量和可靠性的新方法,可以用于工艺生产线实现对Si3N4介质电容的质量和可靠性进行快速评估和监测。     

温度对氮化硅材料动态疲劳特性的影响

研究了一种Si3N4陶瓷材料在室温、800及1100℃条件下的动态疲劳特性．结果发现与ZrO2及玻璃陶瓷相似，在高应力速率区，仍出现断裂应力随应力速率的提高而迅速下降的现象。同时应力腐蚀指数n随温度的升高而下降．通过断口分析，表明Si3N4陶瓷材料高温动态疲劳失效主要是由于晶间玻璃相软化流动造成的．     

Si_3N_4球表面DLC膜在干摩擦条件下的摩擦学性能分析

采用非平衡磁控溅射技术在Si3N4球及高速钢基体上制备了类金刚石(DLC)膜。采用UMT-II型球盘式摩擦磨损试验机分别考察了Si3N4球、镀DLC膜Si3N4球及GCr15球的摩擦学性能,并分析了不同滑动速度和载荷下Si3N4球表面DLC膜的摩擦学性能。研究结果表明:Si3N4球的摩擦系数及磨损率约为GCr15球的一半,但因Si3N4球脆性较大,在摩擦过程中摩擦接触表面容易剥落;Si3N4球表面镀DLC膜能有效地改善Si3N4球脆性大的弱点,并具有良好的减摩作用;Si3N4球表面DLC膜所组成摩擦副的平均摩擦系数随着载荷的增加而增大;随着速度的增加摩擦副的摩擦系数先增大而后减小,滑动速度对摩擦副摩擦系数的影响比载荷明显。实验结果表明Si3N4球表面镀DLC膜适合于高速轻载的工况。     

LCVD法沉积Si_3N_4薄膜微透镜的研究

介绍了一种利用激光化学气相沉积（LCVD）技术，在平面石英玻璃衬底上沉积平凸形Si3N4球面介质膜用作微透镜，包括LCVD的实验装置及其沉积工艺、实验结果表明，只要适当控制源气体的化学配比与浓度，调节激光功率与衬底上的聚焦激光光斑尺寸，选择适当的沉积时间，就可以获得不同直径、透明、表面光滑的Si3N4球面介质膜，用作微透镜。     

氮化硼纳米管增强氮化硅陶瓷裂纹扩展的有限元分析

在氮化硅(Si3N4)陶瓷中添加氮化硼纳米管(BNNT)增强体制备了BNNT/Si3N4复合材料,利用三点弯曲强度及单边切口梁(SENB)法测定了BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性。通过SEM观察了BNNT/Si3N4复合材料的微观形貌。利用ABAQUS有限元模拟了BNNT/Si3N4复合材料中裂纹偏转、钉扎、分叉、桥联尖端的应力分布情况。结果表明:BNNT/Si3N4复合材料的弯曲强度和断裂韧性明显高于Si3N4陶瓷,说明BNNT对Si3N4陶瓷的裂纹扩展有阻碍作用。Si3N4陶瓷与BNNT的界面结合良好,而良好的结合界面有利于提高界面的摩擦力。BNNT/Si3N4复合材料裂纹扩展情况的有限元模拟表明,BNNT可以吸收Si3N4陶瓷裂纹尖端的应力,有效阻止了Si3N4陶瓷基体中产生大的应力集中,而且当裂纹扩展到BNNT附近时,裂纹尖端会形成强的应力屏蔽区,增加了裂纹扩展的阻力。裂纹钉扎、桥联对增加裂纹扩展阻力的作用高于裂纹偏转和分叉。     

TiN/Si3N4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应.最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa.当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低.此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降.     

残余应力对Si3N4/S45C连接体强度的影响

本文主要就Si3N4／S45C连接体在插入软金属及附加热循环的情况下，使残余应力发生变化，而讨论其对抗弯强度的影响．其结果为：（1）Si3N4表面边缘处的拉伸应力是影响连接体强度的主要原因．（2）抗弯强度和残余应力具有σ0＝-1．63σ＋658．1的线性关系．（2）周期性热循环对连接体的残余应力及抗弯强度有较大的影响；即发生加工硬化等使残余应力上升，产生裂纹等导致强度下降．     

反应溅射HfC/Si3N4纳米多层膜的微结构与力学性能

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si3N4层厚的HfC/Si3N4纳米多层膜,采用X射线光电子能谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构、硬度与弹性模量,研究了Si3N4层厚度变化对纳米多层膜微结构与力学性能的影响。结果表明,溅射的Si3N4粒子不与C2H2气体反应,因NaCl结构HfC晶体调制层的模板效应,溅射态为非晶的Si3N4层在厚度小于约1 nm时被强制晶化,并与HfC晶体层形成共格外延生长结构,多层膜呈现强烈的(111)择优取向柱状晶,其硬度和弹性模量显著上升,最高值分别达到38.2 GPa和343 GPa。进一步增加Si3N4层的厚度后,Si3N4层转变为以非晶态生长,多层膜的共格外延生长结构受到破坏,其硬度和模量也相应降低。     

基于纳米压痕测试的超细晶Si_2N_2O-Si_3N_4陶瓷室温蠕变特性

目的陶瓷材料由于其固有硬脆性,难以利用传统单轴拉伸与压缩实验测试其蠕变性能,而纳米压痕测试技术对试样形状尺寸没有特殊要求,因此利用纳米压痕测试技术研究Si2N2O-Si3N4超细晶陶瓷的室温蠕变性能。方法针对1600,1650,1700℃条件下烧结制备的Si2N2O-Si3N4超细晶陶瓷,采用纳米压痕技术测试材料在最大载荷分别为5000,6000和7000μN条件下的载荷-位移曲线,并通过拟合计算获得了3种材料室温蠕变应力指数。结果 3种材料均呈现明显的加载效应。结论研究表明,在相同载荷下,压入深度和蠕变位移都随着材料烧结温度的升高而增大,且相同材料的蠕变应力指数,随着保压载荷的增大而减小。对比分析发现,在1600℃条件下烧结制备的Si2N2O-Si3N4超细晶陶瓷,晶粒细小均匀,晶界数多,室温下表现出较强的蠕变性能。     

对称型陶瓷层状复合材料中的残余应力分析

针对由层间约束引起的层内残余应力，提出了用于描述层合材料应力应变状态的非均匀应变模型。利用非均匀应变模型推导出对称型层合材料由层间约束引起的层内残余应力的解析表达式，得到层内应力和界面应力沿长度方向分布的变化规律，指出轴向残余应力是层间界面剪应力造成的，是位置的函数；论证了由于表层材料受力的非对称性，界面必定存在正应力，且界面正应力须自平衡，界面正应力亦为长度方向上位置的函数，针对Si3N4-Si3N4/TiN-Si3N4三层及多层（2N＋1）对称型陶瓷基层状复合材料，研究了残余应力对强界面结合的层合材料宏观力学性能和裂纹扩展行为的影响和作用。结果表明，材料的宏观性能随着残余应力的变化而变化，其变化规律与理论计算的结果吻合。     

TiN/Si3N4纳米晶复合膜的微结构和强化机制

采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN/Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN/a-Si3N4模型有很大不同：复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0.5～0.7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面.进一步采用二维结构的TiN/Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约＜0.7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应.由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1.0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低.基于以上结果,本文对TiN/Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN/a-Si3N4模型的新解释.     

基于PZT薄膜面内极化工作的低应力压电微传声器

本文设计、制作并测试了一种基于压电PZT薄膜面内极化工作的压电微传声器.利用压电薄膜的纵向压电常数,并通过压电微传声器面内电极的设计提高电极间距,以提高压电微传声器的灵敏度.由于基于PZT薄膜的多层结构常具有很大的残余应力,通过5种不同振动膜材料与PZT薄膜的应力匹配实验,研究了降低振动膜应力的方法.结果表明,对于相同尺寸的膜片,PZT/ZrO2/LTO/Si3N4具有最小的变形,其中心处的变形(200 nm)仅为膜片PZT/ZrO2/Si3N4/SiO2中心处变形(17μm)的1%.采用体硅微加工工艺制作了具有方形振动膜(2 mm×2 mm)的压电微传声器结构,采用LTO/Si3N4多层结构作为振动膜结构,方形膜片中心的圆形结构为PZT薄膜,环形叉指结构为Au/Cr电极.压电微传声器在0.15 kHz~6 kHz频率范围内的灵敏度约为0.1 mV/Pa.     

原位无压烧结制备Si2 N2O-Si3 N4复相陶瓷

以Y2O3和Al2O3陶瓷粉体作为烧结助剂,原位无压液相烧结制备Si3N4-Si2N2O复相陶瓷,Si2N2O相通过SiO2 Si3N4 2Si2N2O反应生成.生坯采用注凝成型制备,然后在1780℃保温2h烧结,烧结体基本由板条状的Si2N2O及长柱状的β-Si3N4晶粒构成.Si2N2O陶瓷相对于Si3N4陶瓷而言,具有优异的抗氧化性能,低的弹性模量,以及低的热膨胀系数,因此,Si2N2O-Si3N4复相陶瓷结合了两者的优异性能,并大大提高了材料的热冲击性,材料的热冲击温差即使达到1200℃,其残余强度基本上没有变化.     

Si3N4/SiC层状结构陶瓷摩擦磨损性能研究

利用Falex多重样品球-三块式的摩擦磨损试验机,重点研究了单层Si3N4陶瓷,9层和5层Si3N4/SiC层状结构陶瓷在不同的外加载荷、不同的界面应力分布大小、不同的表面组成与层状结构陶瓷的摩擦磨损性能的关系.结果表明:随着外加载荷逐渐加大,材料的耐磨损性能降低,表现为达到磨损突变点的时间缩短,磨痕直径变大;界面残余压应力对层状结构陶瓷耐磨损性能的提高起着重要的作用,9层结构陶瓷的界面残余压应力高出5层结构的层状陶瓷20%左右,表现出更高的耐磨损性能;SiC Si3N4两相复合陶瓷极大地提高了材料表面的耐磨损性能,在同样外加载荷下,表现为达到磨损突变点的时间更长,磨痕直径更小.     

退火温度对硅基溅射铜膜应力的影响

采用光学相移法 ,对Si基片上Cu膜应力随退火温度的变化进行了研究。研究表明 :随退火温度的升高 ,Cu膜应力减小 ,2 0 0℃时平均应力减小为 - 0 2 6 1× 10 8Pa,且应力分布均匀 ,在选区范围内应力差仅为 2 2 4 4× 10 8Pa。同时用X射线衍射技术测量分析了Cu膜经过不同退火温度热处理后的微结构组织 ,研究了Cu膜的微结构对其应力的影响     

AlN钝化层对AlGaN/GaN异质结及其高温特性的影响

主要研究了A1N钝化介质层对AlGaN/GaN异质结势垒层应力的修改以及应力的变化对二维电子气高温输运性质的影响.研究结果表明:AlN介质层会对AlGaN势垒层产生附加的平面压应变;AlN和传统的si3N4钝化介质都能减轻AlGaN势垒层在高温下的应变弛豫,但AlN介质层效果更明显.和传统的Si,N4钝化介质相比较,AlN钝化层不仅会显著增加AlGaN/GaN异质结二维电子气密度度,还会明显提高二维电子气迁移率,同时,AlN钝化后二维电子气密度的温度稳定性也更好.因此,对AlGaN/GaN异质结器件来说,AIN是一种有潜力的钝化介质.     

磁控溅射技术制备硅纳米晶多层膜及微观结构表征

在室温下,分别利用常规磁控溅射和反应磁控溅射技术交替沉积Si薄膜和Si1-xNx薄膜在单晶硅基体上制备了Si/Si1-xNx纳米多层膜。接下来,在高温下对Si/Si1-xNx多层膜进行退火诱发各层中形成硅纳米晶。研究了Si1-xNx层厚度和N2流量沉积对Si/Si1-xNx多层膜中Si量子点形成的影响。TEM检测结果表明,N2流量为2.5mL/min时沉积的多层膜退火后形成了尺寸为20～30nm的等轴Si3N4纳米晶;N2流量为5.0mL/min时沉积的多层膜退火后在Si层和Si1-xNx多层中均形成了硅纳米晶,而在7.5mL/min N2流量下沉积的Si/Si1-xNx多层膜退火后仅在Si层中形成了硅纳米晶。     

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。     

SrHfON高κ栅介质薄膜的漏电特性研究

采用射频反应磁控溅射法在p-Si(100)衬底上成功制备出SrHfON高k栅介质薄膜,并研究了Au/SrHfON/Si MOS电容的漏电流机制及应力感应漏电流(SILC)效应.结果表明,MOS电容的漏电流密度随N2流量的增加而减小.在正栅压下,漏电流主要由Schottky发射机制引起;在负栅压下,漏电流机制在低、中、高栅电场区时分别为Schottky发射、F-P发射和F-N隧穿机制.同时,Au/SrHfON/Si MOS电容表现出明显的SILC效应,经恒压应力后薄膜在正栅压下的漏电流由Schouky发射和F-P发射机制共同作用,且后者占主导地位.