HfO_2栅介质薄膜的结构和介电性质研究

采用脉冲激光沉积方法(PLD)在Si(100)衬底上生长了HfO2栅介质薄膜.利用X射线衍射(XRD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)对其结构进行了表征,利用远红外光谱对其声子振动模式和介电性质进行了研究.结果表明,室温下制备薄膜为非晶,衬底温度400℃时已经形成单斜相的HfO2薄膜,1000℃退火后薄膜更趋向于(1-11)晶面取向,且结晶质量改善.薄膜的局域结构研究显示低衬底温度下生长的样品具有更短的Hf-O键长和更高的无序度.薄膜结构和薄膜质量影响其远红外声子模式,使得一些低频红外声子模式消失,造成其介电常数相对体材料有所降低,但由于影响介电常数的主要远红外声子模式依然存在,晶态薄膜仍然能保持一定的介电常数值.     

Si(111)衬底上多层石墨烯薄膜的外延生长

利用固源分子束外延(SSMBE)技术, 在Si(111)衬底上沉积碳原子外延生长石墨烯薄膜, 通过反射式高能电子衍射(RHEED)、红外吸收谱(FTIR)、拉曼光谱(RAMAN)和X射线吸收精细结构谱(NEXAFS)等手段对不同衬底温度(400、600、700、800℃)生长的薄膜进行结构表征. RAMAN和NEXAFS结果表明: 在800℃下制备的薄膜具有石墨烯的特征, 而 400、600和700℃生长的样品为非晶或多晶碳薄膜. RHEED和FTIR结果表明, 沉积温度在600℃以下时C原子和衬底Si原子没有成键, 而衬底温度提升到700℃以上, 沉积的C原子会先和衬底Si原子反应形成SiC缓冲层, 且在800℃沉积时缓冲层质量较好. 因此在Si衬底上制备石墨烯薄膜需要较高的衬底温度和高质量的SiC缓冲层.     

非晶态和纳米晶碳化硅薄膜的制备及力学性能

以SiC超细粉为原料、利用热等离子体PVD(TPPVD)技术快速制备出了优质非晶态和纳米晶SiC薄膜.用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子谱、红外分光谱对薄膜的微结构进行了观察和分析.用纳牛力学探针测量了薄膜的力学性能.研究结果表明,只有当基板温度低于600℃、粉末供给速度不超过20mg/min时可沉积非晶态SiC薄膜,最大沉积速度达到25nm/s;当基板温度在600℃～1000℃时沉积的β-SiC薄膜是晶粒大小为3 nm～5 nm的纳米晶薄膜,最大沉积速度达到230 nm/s.非晶态和纳米晶SiC薄膜的硬度分别达到33.8 GPa和38.6 GPa.     

分步偏压溅射法制备碳化硅薄膜

采用分步偏压射频溅射法,通过调整衬底负偏压,在不加热的条件下成功的制备出具有一定结晶取向的sic薄膜,傅立叶红外谱的分析表明,随着衬底偏压的增大,吸收峰位于800cm-1附近Si-C键的数量增大.表明高能氩离子的轰击有利于立方相SiC(β-SiC)的形成.从傅立叶红外光谱SiC特征吸收峰的FWHM表明,采用分步偏压法制备的SiC薄膜,比采用一步偏压法制备的薄膜的质量好.从SEM测试结果表明,SiC薄膜均匀致密,表面比较光滑.同时,在不锈钢衬底上沉积了SiC薄膜,对其防氚性能的测试结果表明氚的渗透率显著下降.     

反应蒸发沉积的纳米硅氧化硅薄膜的发光及其氧的存在形态

通过改变蒸发源、衬底温度和氧的流量 ,用反应蒸发法制备了不同晶粒尺寸的Si/SiOx 薄膜。用X射线衍射、X光电子能谱和红外光谱分别测试了薄膜的结构、组分及氧在薄膜中的存在形态。实验发现氧的存在形态与蒸发条件密切相关 :对以硅为蒸发源的样品 ,衬底温度较低时 ,以间隙氧形态存在。随着衬底温度的升高 ,SiOx 量逐渐增多 ,间隙氧逐渐减少 ,72 0℃以上产生SiO2 。氧流量的增加有利于间隙氧的生成和氧含量的增加 ;对以SiO为蒸发源的样品 ,衬底温度较低时 ,主要以间隙氧的形态存在 ,同时存在SiO2 和SiOx。随着衬底温度的升高 ,有利于SiOx 和SiO2 的增加。 80 0℃退火后 ,SiOx 增多 ,同时产生大量SiO2 白硅石。荧光光谱表明 :薄膜的发光跟氧的存在形态密切相关 ,其可能原因是纳米硅被大量宽禁带的SiO2 或SiOx基体包裹所产生的量子效应。     

SiC缓冲层用于改善硅基氮化镓薄膜的质量研究

用脉冲激光沉积法在硅衬底上沉积GaN薄膜,为了减小Si衬底与GaN薄膜之间的热失配和晶格失配引入SiC缓冲层.脉冲激光沉积后的GaN薄膜是非晶结构,将样品在氨气氛围中在950℃下退火15min.得到结晶的GaN薄膜.并用X 射线衍射、原子力显微镜、傅立叶红外吸收谱、光致发光谱研究了SiC缓冲层对GaN薄膜的结晶、形貌和光学性质的影响.     

3C-SiC/Si(111)的掠入射X射线衍射研究

在衬底温度为1000℃条件下, 利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上生长3C-SiC单晶薄膜. RHEED结果显示在Si(111)上所生长的SiC薄膜为3C-SiC, 并与衬底的取向基本一致. 采用同步辐射掠入射X射线衍射(GID)技术并结合常规X射线衍射(XRD)研究了SiC薄膜内的应变和晶体质量. 常规衍射的联动扫描曲线得到薄膜处于双轴张应变状态. 3C-SiC薄膜和Si衬底的晶格失配和热膨胀系数失配是导致双轴张应变的原因. 根据不同角度的掠入射衍射Phi扫描的摇摆曲线结果, 发现薄膜晶体质量在远离SiC/Si界面区变好. 这是由于SiC薄膜中的缺陷随着远离界面逐渐减少的原因. GID和XRD的摇摆曲线结果表明薄膜中镶嵌块的倾斜大于扭转, 表明SiC薄膜在面内的晶格排列要比垂直方向更加有序.     

特种化学气相沉积法制备大面积纳米硅薄膜的微结构和电学性能研究

采用可与Si平面工艺兼容的特殊设计的化学气相沉积系统在玻璃衬底上制备了大面积的纳米Si薄膜.高分辨率电子显微镜和选区电子衍射分析表明,成膜温度对薄膜微结构有关键影响,衬底温度的升高促进了薄膜晶态率的提高和Si晶粒的长大.660℃成膜时非晶Si薄膜基体中镶嵌了尺寸为8～12nm,晶态率为50%的纳米Si晶粒,具有明显的纳米Si薄膜微结构特征.用变温薄膜暗电导率测试系统研究表明,随成膜温度的升高,薄膜的晶态率提高、室温暗电导率提高而相应的电导激活能降低,用热激活隧道击穿机制解释了纳米Si薄膜微结构与特殊电学性能的关系.研究了原位后续热处理对薄膜微结构和电学性能的影响,发现延长热处理时间以及采用低温成膜、高温后续退火的热处理方法能有效提高纳米Si薄膜的晶态率,进而提高其室温暗电导率.     

退火温度对磁控溅射SiC薄膜结构和光学性能的影响

首先采用射频磁控溅射法在单晶Si(100)衬底上沉积制备了SiC薄膜,然后将所制备的薄膜试样分别在600,800和1 000℃氩气氛中退火120 min;采用X射线衍射仪和红外吸收光谱仪分析了薄膜的结构随退火温度的变化,采用荧光分光分度计研究了薄膜的发光性能随退火温度的变化。结果表明:室温制备的SiC薄膜为非晶态,经600℃退火后薄膜结晶,且随着退火温度的升高,薄膜的结晶程度越来越好,并且部分SiC结构发生了由α-SiC到β-SiC的转变;所制备的SiC薄膜在384和408 nm处有两个发光峰,且两峰的强度均随退火温度的升高逐渐变强,其中384nm处的峰源自于SiC的发光,408 nm处的峰源自于碳簇的发光。     

不同衬底温度下预沉积Ge对SiC薄膜生长的影响

分别在未沉积Ge和不同衬底温度(300、 500、700℃)沉积Ge条件下,利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上外延SiC薄膜.通过反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等仪器对样品进行测试.测试结果表明,预沉积Ge的样品质量明显好于未沉积Ge的样品,而且随着预沉积温度的升高,薄膜的质量在逐渐地变好.