LaTiO3外延薄膜的显微结构与电学性能研究

本文利用脉冲激光沉积技术在LaAlO₃(100)和SrTiO₃(100)衬底上生长了LaTiO₃薄膜,利用高分辨X射线衍射和透射电子显微术对薄膜的显微结构进行了系统表征,利用霍尔效应测量系统对薄膜的电学性能进行了研究。XRD结果表明在两种衬底上生长的LaTiO₃薄膜均为单晶薄膜,SrTiO₃衬底上的薄膜具有更高的结晶度。透射电镜显微结构表征的结果显示,LaTiO₃薄膜在两种衬底上均实现了外延生长,SrTiO₃衬底上的薄膜具有更少的晶格缺陷,薄膜与衬底之间的界面也更平直和明锐。薄膜I-V曲线测量的结果表明SrTiO₃衬底上的LaTiO₃薄膜具有更低的电阻率。两种薄膜显微结构和电学性能的优劣主要源自于薄膜与衬底之间的晶格失配大小,更小的界面失配有利于高质量薄膜的外延生长。     

CVD法制备的高结晶质量二维β-Ga2O3薄膜性质研究

为了能够得到高质量的薄膜,降低实验成本,通过化学气相沉积(CVD)方法以GaTe粉作为Ga源在云母衬底上合成了β-Ga₂O₃薄膜。通过改变生长温度、载气和生长时间得到高结晶质量的β-Ga₂O₃薄膜,并通过X射线衍射(XRD)和拉曼光谱进行证实。XRD结果显示,薄膜的最佳生长温度为750℃。对比不同载气下合成的β-Ga₂O₃薄膜可知,Ar气是生长薄膜材料的最佳环境。为了实现高结晶质量的β-Ga₂O₃薄膜,在Ar气环境下改变薄膜的生长时间,XRD结果发现,生长时间20 min的薄膜具有高结晶质量。最后,将其转移到300 nm厚氧化层的Si/SiO₂衬底上,并通过原子力显微镜测试,证实了16 nm厚的二维Ga₂O₃薄膜。     

用脉冲激光沉积方法制备的ZnO薄膜的结构及光致发光特性

在从室温到800℃的温度范围内,用脉冲激光沉积方法在Al₂O₃（0001）衬底上制备了ZnO薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜以及荧光光谱仪分别研究了衬底温度对ZnO薄膜表面形貌、结晶质量和光致发光特性的影响。X射线衍射仪和原子力显微镜的结果表明,当衬底温度从室温升高到400℃时,ZnO薄膜的结构及结晶质量逐渐提高,而当衬底温度超过400℃时,其结构和结晶质量变差;在400℃下生长的ZnO薄膜具有最佳的表面形貌和结晶质量。室温光致发光的测量结果表明,400℃下生长的ZnO薄膜的紫外发光强度最强,且发光波长最短（386 nm）。     

磁控溅射工作压强对β-Ga2O3薄膜特性的影响

作为新兴的第三代半导体材料,β-Ga₂O₃高质量薄膜是制备高效Ga₂O₃基器件的基础,β-Ga₂O₃薄膜的制备、表征及光电特性的研究具有深刻的意义。通过分析研究磁控溅射工作压强变化对薄膜性能和形貌的影响,为制备更高质量的薄膜提供了一种新的方法。基于射频磁控溅射方法,在单晶c面蓝宝石(Al₂O₃)衬底上沉积生长Ga₂O₃薄膜,并进行900℃、90min的氮气退火处理,以得到β-Ga₂O₃薄膜。沉积过程不改变其他实验参数,仅改变工作压强,研究工作压强对β-Ga₂O₃薄膜特性的影响。X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征结果显示,β-Ga₂O₃薄膜具有不同取向的衍射峰,沿着■晶向择优生长,薄膜呈多晶状态。适当增大工作压强可使β-Ga<...     

磁控溅射氧氩体积流量比对β-Ga2O3薄膜的影响

利用射频磁控溅射在c面单晶蓝宝石(Al₂O₃)衬底上制备Ga₂O₃薄膜,研究了溅射过程中通入氧气与氩气的体积流量比对经过异位高温后退火处理得到的β-Ga₂O₃薄膜特性的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行表征,结果表明β-Ga₂O₃薄膜沿着■晶面择优生长,具备较好的单一取向性。在氧氩体积流量比约为1∶20时,薄膜的结晶性能相对较好、表面晶粒分布较均匀、均方根粗糙度较小、晶粒尺寸较大。此外,吸收光谱表征结果表明,不同氧氩体积流量比下制备得到的β-Ga₂O₃薄膜的带隙变化范围为4.53～4.64 eV,在较低氧氩体积流量比下制备的β-Ga₂O₃薄膜表现出较优的光学性质,在波长200～300 nm内具有较好的吸收特性,表现出良好的深紫外光学特性。     

导模法生长的β-Ga2O3单晶的位错腐蚀坑显露面

β-Ga₂O₃单晶作为高压大功率器件的衬底,其位错密度直接影响器件的漏电特性,位错腐蚀坑显露面与外延生长密切相关。β-Ga₂O₃单晶属于单斜晶系,对称性低,研究不同晶面位错腐蚀坑的形状与显露面难度较高。对采用导模(EFG)法生长的(001)、■和(010)面β-Ga₂O₃晶片进行腐蚀,采用扫描电子显微镜(SEM)观测腐蚀坑形貌,采用共聚焦激光扫描显微镜对显露面与表面晶面之间的夹角进行表征,根据测试结果可推算出腐蚀坑显露面晶面指数,为衬底和外延生长提供重要的参考依据。     

原子层沉积方法制备低温多层Al2O3/TiO2复合封装薄膜的研究

原子层沉积(ALD)方法可以制备出高质量薄膜,被认为是可应用于柔性有机电致发光器件(OLED)最有发展前景的薄膜封装技术之一。本文采用原子层沉积(ALD)技术,在低温(80℃)下,研究了Al₂O₃及TiO₂薄膜的生长规律,通过钙膜水汽透过率(WVTR)、薄膜接触角测试等手段,研究了不同堆叠结构的多层Al₂O₃/TiO₂复合封装薄膜的水汽阻隔特性,其中5 nm/5 nm×8 dyads(重复堆叠次数)的Al₂O₃/TiO₂叠层结构薄膜的WVTR达到2.1×10^-5 g/m²/day。采用优化后的Al₂O₃/TiO₂叠层结构薄膜对OLED器件进行封装,实验发现封装后的OLED器件在高温高湿条件下展现了较好的寿命特性。     

Al2O3厚度对SAW传感器声波模式及性能的影响

该文采用多物理场耦合的有限元模型,探究了保护层Al₂O₃厚度对以LGS为压电基底、Pt为电极的声表面波(SAW)高温传感器中声波特性及器件性能的影响。结果表明,随着Al₂O₃保护层厚度的增加,声表面波在L波方向的振动位移增加,在SH波和SV波方向的振动位移减弱,当保护层归一化厚度为6.25%时,其能量向衬底内部扩散;当保护层归一化厚度为18.75%时,Rayleigh波消失,此时为体波BAW模式;增加Al₂O₃保护层,波速v、机电耦合系数K²显著升高;一阶频率温度系数τ_f,1和转换温度随保护层厚度的增加而升高。利用Al₂O₃薄膜对SAW温度传感器进行结构优化,为了获得良好的综合性能,归一化厚度应该在0.94%附近。     

不同介电层对HfxZr1-xO2薄膜铁电性能影响的研究进展

近年来,铁电Hf_xZr_1-xO₂(HZO)薄膜受到越来越多的关注,但是铁电层与电极材料层以及铁电层与半导体衬底层之间的界面问题并没有得到解决,阻碍了HZO薄膜的进一步应用。总结了通过引入不同介电层材料,如Al₂O₃、ZrO₂、HfO₂、Ta₂O₅等,调节HZO薄膜铁电性能的方法及其机理;详细介绍了各种介电层材料作为封盖层对HZO薄膜铁电性能的影响,如对HZO薄膜提供平面内应力、控制铁电层的晶粒尺寸及作为铁电层形核核心的作用;最后,总结并展望了利用介电层调控HZO薄膜铁电性能的一般规律,为后续相关研究的开展提供了指导。     

波浪形界面结构的Al2O3/PMMA交叠薄膜设计与力学性能仿真

文章以Al₂O₃/PMMA交叠薄膜为例,在其交叠界面处引入波浪形结构,通过增加Al₂O₃在弯曲方向的实际长度改善其力学性能。采用有限元仿真方法对Al₂O₃/PMMA交叠薄膜结构进行建模,分别研究了波浪形结构形貌、周期、深度和PMMA厚度等参数对交叠薄膜弯曲性能的影响规律。仿真结果表明,波浪形界面结构能较大提高交叠薄膜的弯曲性能,当波浪形结构的周期在500～1 500 nm,深度在600～1 600 nm范围内,PMMA厚度为6μm时,交叠薄膜具有较好的弯曲性能,相比于没有引入界面结构的交叠薄膜,同等条件下产生的最大应力下降了超过70%,有效提升了封装薄膜的弯曲性能,对后续无机/有机交叠薄膜的制备工艺具有指导意义。     

原子层沉积低温生长α-MoO3薄膜

以六羰基钼和氧气为前驱体,通过等离子增强原子层沉积技术（PE-ALD）在硅基片上实现了α-MoO₃薄膜的低温制备。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪等手段对薄膜的晶体结构、表面形貌及薄膜成分进行表征和分析。研究发现衬底温度和氧源脉冲时间对MoO₃薄膜的晶体结构和表面形貌变化起关键作用。当衬底温度为170℃及以上时所制备的薄膜为α-MoO₃;适当延长ALD单循环中的氧源脉冲时间有利于低温沉积沿（0k0）高度择优取向的MoO₃薄膜。根据对不同厚度MoO₃薄膜表面的原子力显微图片分析,MoO₃薄膜为岛状生长模式。     

GaAs衬底上β-Ga2O3纳米点阵薄膜的MOCVD制备

将热氧化与MOCVD工艺相结合,总结了一种在本征GaAs衬底上进行β-Ga₂O₃纳米点阵薄膜制备的工艺,该工艺不涉及金属催化剂与复杂刻蚀,工艺更为简单。使用扫描电子显微镜对所制备薄膜的形貌特征进行了表征与分析,发现所制备的纳米点阵薄膜呈现五方的柱状结构。对所制备样品进行了X射线衍射、拉曼振动、光致发光谱的测试,结果表明薄膜的晶体质量随着MOCVD生长温度与Ⅵ/Ⅲ比的提高而得到优化。使用有限元法（FEM）仿真验证了β-Ga₂O₃纳米点阵薄膜制备的高陷光特点。     

氧化态对锗衬底表面质量的影响

锗衬底主要用于制备砷化镓太阳电池,在航天器电源及地面聚光太阳电池系统中有着广泛的应用。为进一步提高电池转换效率,对锗衬底的表面质量提出了更高的要求。研究了HF/H₂O₂/H₂O清洗液体系中氧化剂H₂O₂体积分数对锗衬底及外延片表面质量的影响。随着氧化反应的不断进行,在锗衬底表面形成一层非晶态不溶性GeO_x薄膜,从而实现了锗衬底较好的钝化和更加稳定的表面终结,并通过外延生长进行了工艺验证。通过高分辨率X射线光电子能谱(XPS)对锗衬底表面氧化态进行测试及分峰拟合并模拟计算,当1.22O₂/H₂O清洗液钝化效果较好。     

汽车用AZ91D合金的表面激光熔覆与性能研究

通过激光熔覆技术在AZ91D合金表面制备Al-TiC和Al-TiC-Y₂O₃熔覆层，研究Al∶TiC质量比和Y₂O₃添加量对熔覆层截面形貌、物相、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：不同Al∶TiC质量比的Al-TiC熔覆层和不同Y₂O₃添加量的Al-TiC-Y₂O₃复合熔覆层都与AZ91D合金基体实现了良好的冶金结合；Al-TiC熔覆层的主要物相为Ti₃AlC、TiC、Mg₂Al₃和Al₃Mg₂,加入Y₂O₃后的Al-TiC-Y₂O₃熔覆层中新产生了Al₃Y和Al₄MgY相；当Al∶TiC质量比为8∶1、4∶1和2∶1时，相应的Al-TiC熔覆层的硬度约为AZ91D合金的2....     

溅射AlN技术对GaN基LED性能的影响

研究了在图形蓝宝石衬底(PSS)上利用磁控溅射制备AlN薄膜的相关技术,随后通过采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在相关AlN薄膜上生了长GaN基LED.通过一系列对比实验,分析了AlN薄膜的制备条件对GaN外延层晶体质量的影响,研究了AlN薄膜溅射前N2预处理功率和溅射后热处理温度对GaN基LED性能的作用机制.实验结果表明:AlN薄膜厚度的增加,导致GaN缓冲层成核密度逐渐升高和GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;N2处理功率的提升会加剧衬底表面晶格损伤,在GaN外延膜引入更多的螺位错;AlN热处理温度的升高粗化了表面并提高了GaN成核密度,使得GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;而这些GaN外延膜位错密度的变化又进一步影响到LED的光电特性.     

庞磁电阻La0.8Sr0.2MnO3薄膜的微结构研究

利用激光分子束外延方法在(001)SrTiO3衬底上制备庞磁电阻La0.8Sr0.2MnO3薄膜.发现高密度、尺度均匀的纳米聚集物弥散地分布在La0.8Sr0.2MnO3薄膜中.Z衬度像、EDS及电子衍射综合分析表明,这些纳米聚集物的内部成分出现起伏,主要特征是富Mn贫La,Mn/La的比值在其核心处达到极大值,形成立方结构的第二相MnO.LSMO薄膜由两种正交结构的取向畴组成.MnO与畴1的取向关系为[101]LSMO,1//[100]MnO和(010)LSMO,1//(010)MnO;与畴2的关系为[101]LSMO,2//[100]MnO和(010)LSMO,2//(001)MnO.在LSMO/STO外延体系中,还观察到大量的失配位错.失配位错的类型分为刃型失配位错,位错线沿<100>方向;螺型失配位错,位错线沿<110>方向.刃型位错是基中原有位错在薄膜生长过程中沿生长表面的扩展造成的;螺型失配位错的形成与降温过程中LSMO正交结构的取向畴的形成有关.     

Mg和V2O5共溅射制备+4价钒的氧化物薄膜

在常温、高真空条件下,采用高纯金属镁靶和V₂O₅靶进行共溅射,利用镁原子的还原性,将+5价的钒还原为+4价,在硅衬底上制备钒的氧化物薄膜。当Mg和V的原子比为1:2时,XPS测试表明薄膜中有V4+和V2+存在。X射线衍射结果显示,制备的薄膜主要成分是MgV₂O₅,且结晶状况良好。温度-电阻率测试结果显示,薄膜在20℃附近有相变行为,电阻温度系数高达－8.6%/K,回线弛豫温度约为0.3℃,负温度系数热敏电阻材料常数高达6700。这一发现为制备非制冷焦平面探测用的热敏薄膜材料提供了新的思路。     

基于MIS电容器的Al2O3与In0.74Al0.26As的界面特性

采用In_0.74Al_0.26As/In_0.74Ga_0.26As/In_xAl_1-xAs异质结构多层半导体作为半导体层,制备了金属-绝缘体-半导体（MIS）电容器。其中,SiN_x和SiN_x/Al₂O₃分别作为MIS电容器的绝缘层。高分辨率透射电子显微镜和X射线光电子能谱的测试结果表明,与通过电感耦合等离子体化学气相沉积生长的SiN_x相比,通过原子层沉积生长的Al2_O3可以有效地抑制Al₂O₃和In_0.74Al_0.26As界面的In₂O₃的含量。根据MIS电容器的电容-电压测量结果,计算得到SiN_x/Al₂O₃/In...     

柔性衬底上六噻吩薄膜的有序生长

采用石英晶体微天平实时监测薄膜生长速率,控制衬底温度和生长速率,分别在柔性聚乙烯吡咯烷酮(PVP)绝缘层和柔性氧化铟锡(ITO)透明导电层上真空蒸发沉积了分子有序排列的六噻吩薄膜.X射线衍射分析表明,对PVP层而言,六噻吩薄膜有序生长的条件为衬底温度90°c、生长速率10 nm/min,六噻吩分子链始终与衬底平行,降低衬底温度将导致薄膜结晶度的下降.而对ITO层来说,六噻吩薄膜有序生长的条件为衬底温度50℃、生长速率10 nm/min,衬底温度显著影响了六噻吩分子取向,室温下六噻吩分子链与衬底成一定夹角,随着温度的提高六噻吩分子链趋向与衬底平行.对PVP和ITO衬底,生长速率太高或太低都将导致薄膜结晶度的下降.     

氧分压对脉冲激光沉积β-Ga2O3-δ薄膜光学性能的影响

在不同氧分压下,用脉冲激光沉积法在c-蓝宝石衬底上制备了高质量β-Ga₂O_3?δ薄膜。通过X-射线衍射、远红外反射光谱、X-射线光电子能谱和紫外-可见-近红外透射光谱系统地研究了β-Ga₂O_3?δ薄膜的晶格结构、化学计量比和光学性质。X-射线衍射分析表明,所有沉积的薄膜以(-201)晶向方向生长。透射光谱显示薄膜在255 nm以上的紫外-可见-近红外波段具有80%以上的高透明度,同时在255 nm附近有一个陡峭的吸收边。此外,利用Tauc-Lorentz(TL)色散函数模型和Tauc公式,我们提取了β-Ga₂O_3?δ薄膜的光学常数和光学直接带隙。更进一步,我们通过理论计算解释了氧气分压对β-Ga₂O_3?δ薄膜光学性质的影响。