热处理温度对TbFeCoV/Fe多层膜微结构和磁性能的影响

通过磁力显微镜、振动样品磁强计等手段研究了热处理温度对Tb40(Fe49Co49V2)60/Fe多层膜(TbFeCoV/Fe)微结构和磁性能的影响。在TbFeCoV膜层间加夹一软磁Fe层,易磁化轴由TbFeCoV膜中的垂直膜面转为平行膜面方向。经623k热处理后,多层膜具有更均匀致密的微结构,室温性能也得以改善(低矫顽力1.8mT、饱和场15mT,和高饱和磁化强度844k A.m~(-1))。测试温度低于100k时,在未经热处理的样品中观测到了场引诱的磁转换和交换偏置现象,降低测试温度,此现象更为明显。而在热处理后的样品中,对于任何测试温度下都难于观测到此磁性行为。     

快速热处理的[Fe/Pt]n薄膜的结构和磁性

采用直流磁控溅射方法在Si基片上制备[Fe/Pt]_n薄膜,利用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分析薄膜的组分、结构和磁性。研究结果表明：[Fe/Pt]_n薄膜经过600 ℃快速热处理,得到了L1₀-FePt薄膜。对于[Fe (x nm)/Pt (0.5 nm)]_n薄膜,当Fe层厚度为0.7 nm时,薄膜的有序度最大,平行膜面和垂直膜面的矫顽力均最高;对于不同调制周期的[Fe/Pt]_n薄膜,有序度随调制周期先增大后减小,平行膜面的矫顽力均高于垂直膜面的矫顽力,当调制周期为2.4 nm时,薄膜平行膜面的矫顽力最大。     

CoPt-TiO_2/Co-TiO_2交换耦合磁记录薄膜的研究

建立包含微结构的微磁学模型,研究软磁层的磁晶各向异性场、软磁层的饱和磁化强度等本征磁性参数对CoPt-TiO_2(16 nm)/Co-TiO_2(4 nm)交换耦合磁记录薄膜磁性的影响。计算得到的CoPt-TiO_2(16 nm)的硬磁薄膜易磁化轴的磁滞回线的矫顽力为6.1 kOe,矩形度为0.98。在交换耦合介质中,当软磁层的厚度δ从0 nm增加到4 nm时,易磁化轴的矫顽力从6.1 kOe减小到4.9 kOe。同时发现,软磁层越软(软磁层的磁晶各向异性场越小,饱和磁化强度越大)时,整个薄膜的矫顽力也越小。     

巨磁电阻效应的非接触光学表征方法研究

根据自平均极限模型推导了在巨磁电阻薄膜中折射系数与自旋非对称因子的关系。用傅立叶变换红外光谱仪组建了磁折射效应测试装置,并测试了自旋阀多层薄膜(Si/PtMn/CoFe/Ru/CoFe/Cu/Co/NiFe)的磁折射效应。结果表明:在红外波段,可以用磁折射效应表征巨磁电阻效应。     

CoPt-TiO_2/Co-TiO_2交换耦合比特图形介质的研究

建立包含多晶微结构的微磁学模型,来研究软磁层的厚度、磁晶各向异性场、饱和磁化强度等本征磁性参数对CoPt-TiO_2(6nm)/Co-TiO_2(δ=1~4nm)交换耦合比特图形介质矫顽力的影响。发现当软磁层的厚度δ从1nm增加到4nm时,易磁化轴的矫顽力从8.2kOe减小到5.8kOe,归一化的剩余磁化强度Mr保持0.99基本没有变化。同时发现,当软磁层的磁晶各向异性场越小、饱和磁化强度越大,硬磁层的易磁化轴相对膜面法线方向倾斜的角度θ越大时,整个薄膜的矫顽力也越小。     

提高非匹配超透镜的光学成像分辨率研究

非匹配超级透镜具有类似于超透镜(Superlens)突破衍射极限的超分辨光学成像特性,为进一步提高不匹配超级透镜的分辨率,将金属膜细分为多层膜以减少金属的吸收效应,在入射波长为442 nm的p偏振光源下,保持透镜总厚度不变,将设计好的非匹配超透镜SiO2(15 nm)/Ag(25 nm)/SiO2(15 nm)划分为5组等比缩小多层膜.相应于非匹配超透镜,等比缩小后的多层膜透镜组的光学分辨率从λ/5提高到λ/7.     

Cu掺杂对 Fe/Si多层膜的层间耦合和负磁电阻效应的影响

研究了Cu掺杂对Fe/Si多层膜的层间耦合和负磁电阻效应的影响。在用磁控溅射方法制备的Fe/Si多层膜中,发现在Si的标称厚度tSi =1.9nm附近存在一较强的反铁磁耦合（AFM）峰和与之相对应的负磁电阻峰,在Si层中掺入6％的Cu后,发现反铁磁耦合峰的饱和场显著降低,峰宽变窄,峰位略向较厚方向移动。掺杂后磁电阻峰的宽和峰位变化与AFM峰相似,而磁电阻峰值则略有下降,在液氮温度T＝77K下,掺杂前后具有负磁电阻效应的多层膜样品阻率都降低,而磁电阻效应和饱和场均增大,实验结果表明,用磁控溅射方法制备的Fe/Si多层的层间耦合机制和磁电阻效应的机制与磁性金属／非磁金属多层膜的层间耦合及磁电阻效应的机制是一致的。     

NiCo/Cu多层膜的巨磁电阻与磁光克尔效应

本文对用射频磁控溅射方法制备的NiCo／Cu多层膜的层间耦合与磁光克尔效应的内在关联性进行了研究。发现巨磁电阻比与磁光克尔角的幅值1/2随Cu层厚度作同步振荡。其磁光振荡可主要归结于层间耦合引起的铁磁层中电子的光和磁光跃迁的变化。     

Mg/MmM5多层复合薄膜的储氢性能和显微结构研究

用X-ray衍射(XRD)方法研究了磁控溅射制备的MmNi3.5(CoAlMn)1.5/Mg(简写为Mg/MmM5)多层薄膜吸放氢前后的结构变化和储氢性能.XRD表明Mg/MmM5多层膜中Mg层的储氢性能有一定程度的改善,吸/放氢温度分别为473 K和523 K.用透射电镜(TEM)分析方法研究了快速热退火(RTA)处理前后Mg/MmM5多层薄膜的微观结构的变化,Mg/MmM5多层膜中Mg层和MmM5层的结构与衬底的温度和材料本身的性质有密切关系.Mg/MmM5多层膜在400℃经过3 min RTA处理后,Mg层中的纳米晶和柱状晶都有所长大,长大后的纳米晶和柱状晶晶粒尺寸基本相当,约200 nm,纳米晶和柱状晶区界限仍然明显,柱状晶依然保持着沿垂直于衬底表面的[001]方向生长;MmM5层中的非晶层消失,纳米晶得到长大,尺寸约20 nm.     

PVDF/PDDA静电自组装超薄膜的制备与表征

提出了一种制备纳米量级铁电聚合物PVDF/PDDA超薄膜的新方法。聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和极化处理后的聚偏氟乙烯(PVDF)复合超薄膜是通过层与层的静电自组装(LbL-SA)方法制备的,厚度约30~150 nm,每层膜厚度约为9 nm。PVDF/PDDA多层膜通过石英晶振微天平(QCM)、红外频谱仪、原子力显微镜(AFM)进行了测试与表征。QCM表征结果表明,PVDF与PDDA超薄膜能较好地交替组装;AFM表明PVDF/PDDA聚合物超薄膜的表面均匀、薄膜致密。与PVDF厚膜的电阻性能相比,PVDF/PDDA复合超薄膜的电阻性能有了很大提高。     

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层薄膜的研究

采用脉冲激光沉积(PLA)法,在单晶Si试样表面沉积制备了一系列TiN/AlN硬质多层膜,并采用基于免疫算法的免疫径向基函数(IRBF)神经网络对AlN厚度建立预测模型,设计出具有可控调制周期和调制比的TiN/AlN多层膜。X射线衍射(XRD)结果表明,小调制层周期下,过高或过低的工艺条件下薄膜通常为非晶态,适当的工艺条件下TiN、AlN形成具有强烈织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高;随着调制比增加,使纳米多层膜形成非晶AlN层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降。XPS结果表明,薄膜界面由Ti+4、Ti+3离子组成,N的负二价、三价亚谱结构预示着非当量TiN、AlN的形成。AFM研究显示,薄膜的调制周期均在10~200 nm范围内,且薄膜表面较均匀;当多层薄膜调制周期在50 nm以下时,薄膜的纳米硬度值明显高于TiN和AlN的混合硬度值,达30 Gpa。     

结构调制高硬度TiCu/TiN-Cu纳米多层复合膜制备及其机械性能

为改善TiN硬质薄膜的硬度和耐摩擦磨损性能,采用多弧离子镀技术,在硬质合金基底上制备了单层TiN-Cu薄膜和调制周期Λ=5.9～62.1 nm的5组TiCu/TiN-Cu纳米多层复合膜。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、划痕仪和摩擦磨损试验机等测试仪器,表征了薄膜的微观结构及机械性能,并研究了调制周期对纳米多层复合膜结构及机械性能的影响。实验结果表明:与单层TiN-Cu薄膜相比,TiCu/TiN-Cu纳米多层复合膜有效地抑制了晶粒生长,而且分层明显,薄膜均匀致密,薄膜中TiN晶粒以面心立方结构沿(111)方向生长。随着调制周期的减小,薄膜的结晶性有所下降,薄膜的硬度呈现先增大后减小的趋势。在调制周期为13.7 nm时,薄膜综合性能达到最佳,薄膜的硬度达到了42.6 GPa,H~3/E~2值也达到了0.689,摩擦系数为0.17,附着力为49.2 N,接近53.1 N的最高值,表明薄膜具有理想的硬度和耐摩擦磨损能力。在使用多弧离子镀工艺制备TiCu/TiN-Cu纳米多层复合多层膜的过程中,通过调整调制周期,有效地改善了膜层的机械性能,拓展了膜层的应用范围。     

二苯乙烯腈衍生物发光材料的合成及性能

合成了一种新型二苯乙烯腈衍生物发光小分子PH-CN.通过紫外-可见光谱和荧光光谱表征了其在溶液中和固态薄膜下的光学性质,该物质在薄膜状态下的发射峰位于497nm,属于一种绿色发光材料.通过差示扫描量热法和循环伏安法研究其热稳定性和电化学性能,测得PH-CN的玻璃化转变温度为213℃,计算出最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)的能级分别为-5.7eV和-3.5eV.在此基础上制备了基于PH-CN掺杂薄膜的多层发光器件ITO/PEDOT:PSS(40nm)/NPB(30nm)/CBP:5%PH-CN(20nm)/TPBI(40nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm),其外量子效率达到了1.02%,色坐标为(0.20,0.40).基于PH-CN的电致发光器件的结果在显示器方面具有潜在的应用价值.     

用于液晶投影显示的薄膜偏振分束器

为提高液晶投影机的光能利用率和图像对比度,设计了一种宽角度宽波长的光学薄膜偏振分束器（PBS）.采用多种薄膜材料产生多个Brewster角,通过优化膜层数目和膜层厚度,获得了宽角度宽波长的PBS.以SF57和SF2玻璃作为棱镜材料,采用TiO2、Ta2O5、Al2O3、SiO2作为薄膜材料,基于上述原理采用全自动的Needle设计方法,设计了4种典型膜系,优化后的膜层数目为50～60层,空气中的光束孔径角达到±10.5°,达到的技术指标为：对于P偏振光,在420～460nm和460～680 nm波长范围内,积分透射率分别达到88.0%和93.4%;而对于S偏振光,在420～680nm波长范围内,积分透射率为0.095%.该PBS应用于F/2.8的光学系统中,能够显著提高整个系统的性能.     

Pd/V_2O_5薄膜的氢气敏感性质研究

采用磁控溅射法制备了不同厚度的Pd/V2O5双层复合薄膜,采用紫外-可见光分光光度计研究了薄膜的氢气敏感性质,原位测量了薄膜的激光拉曼光谱并分析了薄膜的氢气敏感机理。结果表明,复合薄膜V2O5(280 nm)/Pd(30nm)对氢气的敏感性质较好,对0.01%H2-N2有响应,在4%H2-N2标气中,在560 nm处透过率的相对变化值达到25%。拉曼光谱分析结果表明,Pd/V2O5薄膜在与氢气作用过程中,Pd膜主要起催化作用,氢原子扩散到V2O5层,V5+转变为V4+,导致Pd/V2O5薄膜的透过率发生变化。     

静电自组装法制备镧/铈掺杂锶铁氧体纳米复合多层膜

为制备具有良好吸波性能的锶铁氧体纳米薄膜,确定了静电自组装法制备掺杂态铁氧体与聚苯乙烯磺酸钠(PSS)多层复合膜的基片处理方法和单层膜的组装时间.用紫外-可见分光光度计、XRD、AFM、矢量网络分析仪对纳米薄膜的结构与性能进行研究.研究表明:所制得薄膜为非晶态,薄膜表面由球状颗粒组成,其平均粒径约150nm.通过SrLa0.4Fe11.6O19/PSS纳米复合多层薄膜的电磁参数分析,发现随层数的增加,薄膜的吸波性能增强;在9.21GHz和10.5GHz左右,且组装层数一定时,复合多层膜的吸波性能排序为SrCe0.2Fe11.8O19/PSS> SrLa0.2Fe11.8O19/PSS>Sr.Fe12O19/PSS.     

纳米尺度界面低周疲劳破坏行为

为了研究纳米尺度界面的低周疲劳破坏特性,提出了一种利用聚焦离子束(FIB)技术和透射电子显微镜(TEM)进行纳米材料中界面疲劳破坏实验的新方法。采用FIB从宏观多层薄膜材料(硅/铜/氮化硅,Si/Cu/SiN)中成功制备出了由硅基体(Si)、200nm厚铜薄膜(Cu)及1000nm厚氮化硅层(SiN)构成的纳米悬臂梁试样。利用高精度微小材料加载装置,在TEM下对该试样进行了循环加载实验,并原位观测了不同试样中Cu/Si界面的低周疲劳破坏过程。研究发现,由于铜纳米薄膜的高屈服强度及两侧材料对其的变形约束,Cu/Si界面的疲劳强度在GPa量级。实验获得的应力幅值与界面破坏的载荷循环周数(S-N)曲线表明,在高应力水平区,界面的疲劳寿命显著依赖于施加应力的大小;在低应力水平区则存在疲劳极限。并且,Cu/Si界面的疲劳极限与单调加载实验中界面断裂应力的比值远大于宏观材料,这说明纳米尺度界面的低周疲劳破坏过程是一个脆性断裂的过程。     

钛酸钡薄膜的喷雾热分解方法制备及PTC效应研究

介绍了在Pt／Ti/Si(100)衬底上用溶胶溶液和喷雾热分解方法制备BaTiO3薄膜，并研究其PTC效应。富钛3％的钛酸钡溶胶溶液在衬底温度650℃环境下成膜，氧气作为载气其流量为1．5L／min，800℃环境下退火2h。在大于居里点温度Tc(138℃)时表现出良好的PTC效应。钛酸钡薄膜厚度1500nm时，室温下极间电阻为70Ω。在大于居里点温度Tc(138℃)时，极间电阻可达10^6Ω。     

脉冲激光沉积TiN/AlN多层膜的微结构与力学性能

采用脉冲激光沉积(LPA)法,在单晶Si表面制备了调制周期为50nm的不同调制比的TiN/AlN多层膜,并研究了调制比对多层膜微结构和力学性能的影响。扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)显示,薄膜的调制比在1～4之间。并且小调制比下薄膜表面的岛密度小,岛面积过大,分布不均匀,相邻岛之间的起伏较大。X射线衍射(XRD)结果表明,小调制比下,AlN相为明显的(002)择优取向,TiN相主要以(200)、(220)形式存在;调制比增大后,AlN相的择优取向减弱,同时伴随着薄膜晶粒的细化及硬度增强,这一研究结果说明,调制比对多层膜的性质有一定的影响,大调制比会导致Al元素在界面处聚集,并与TiN进行合金化后的形成TiAlN结构,进而对薄膜的硬度产生影响。     

垂直结构酞菁铜薄膜晶体管的工作特性测试

传统有机材料的场效应晶体管(FETs)具有工作速度低、驱动电压高的缺陷,针对这个问题,垂直结构的酞菁铜(Cu Pc)有机薄膜晶体管(VOTFTs)被制备,整个制备过程采用真空蒸镀和直流磁控溅射镀膜工艺.器件的层叠结构为Au/Cu Pc/Al(半导电)/Cu Pc/Au.其中半导电Al栅极薄膜的制备是十分重要的.VOTFT通过栅-源极偏压改变肖特基势垒高度来调制沟道电流.在室温下对其进行基本的电气测量.实验结果表明器件的静态输出特性具有不饱和性.漏-源极偏压VDS保持在2 V时,在栅-源极上施加频率为100 Hz的方波交流信号,得到器件的开关特性参数为ton=2.68 ms,toff=1.32 ms.在栅-源极上施加正弦波交流信号时,器件的截止频率和放大带宽分别为400 Hz,400 Hz.可知VOTFT具有工作频率高,响应速度快,电流密度大的优点.