离子束溅射沉积Fe/Si多层膜法合成β-FeSi_2薄膜的研究

采用离子束溅射沉积Fe/Si多层膜的方法在石英衬底上制备了β-FeSi2薄膜,研究了不同厚度比的Fe/Si多层膜对β-FeSi2薄膜的结构性能、形貌及光学性能的影响。结果表明,厚度比为Fe(2nm)/Si(7.4nm)的多层膜在退火后完全生成了β-FeSi2相,表面致密均匀,其光学带隙为0.84eV,能量为1.0eV光子的吸收系数105cm-1。     

β-FeSi2/Si异质结的制备及性质研究

采用直流磁控溅射和真空退火方法制备β-FeSi2/Si异质结,首先在n型Si(100)衬底上沉积Fe膜,经真空退火形成β-FeSi2/Si异质结,Fe膜厚度约238nm,退火后形成的β-FeSi2薄膜厚度约为720nm。利用XRD、SEM和红外光谱仪分别研究了β-FeSi2薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质。霍尔效应结果表明,制备的β-FeSi2薄膜为n型导电,载流子浓度为9.51×1015cm-3,电子迁移率为380cm2/(V.s)。     

飞秒激光沉积β-FeSi2/Si半导体膜及光学性能研究

采用飞秒脉冲激光沉积法在Si（100）和Si（111）单晶基片上制备了均匀的单相β-FeSi2薄膜;用X射线衍射（XRD）,场扫描电镜（FESEM）,能谱仪（EDX）,傅立叶红外拉曼谱仪（FTRIS）研究了薄膜的结构、组分、表面形貌和光学性能.观察到了β-FeSi2在Si单晶基片上的生长与晶面取向有关的证据,并在室温（20℃）下观测到β-FeSi2薄膜的光致发光,其发光波长为1.53μm;在氩离子514nm激光的激发下,在192.0和243.9cm-1等位置观察到β-FeSi2的拉曼散射峰.     

脉冲激光沉积法制备β-FeSi_2半导体薄膜

采用脉冲激光沉积(PLD)法在p型Si(100)衬底上制备了β-FeSi2半导体薄膜,并在沉积系统中进行了800℃、3h的原位高温退火过程,最后采用X射线衍射仪、3D显微镜、原子力电子显微镜、荧光光谱仪分析了实验样品的晶体结构、表面形貌、元素组成、红外吸收和光致发光特性。分析实验结果发现,制备的单相β-FeSi2多晶半导体薄膜结晶质量良好,β-FeSi2在Si(100)衬底上沿(202/220)方向择优生长,且在常温下测得了β-FeSi2半导体薄膜的光致发光谱。     

退火温度对磁控溅射制备的β-FeSi2薄膜的影响

采用磁控溅射的方法，在高真空条件下，沉积金属Fe到Si（100）衬底上，然后通过真空退火炉在不同温度条件下对样品进行热处理，直接形成了β-FeSi2薄膜．采用X射线衍射仪（XRD）对样品进行了晶体结构分析，利用卢瑟福背散射（RBS）对Fe-Si化合物的形成过程中的Fe原子和Si原子的互扩散机理进行了研究，利用扫描电镜（SEM）对样品表面的显微结构进行表征，结果表明，在900℃条件下退火能够得到质量很好的β-FeSi2薄膜，超过这一温度β相将开始向α相转化，到1000℃，β-FeSi2全部转化为α-FeSi2。     

β-FeSi2/Si薄膜位向关系的计算

利用从固态相变产生的沉淀相惯习面总结出的△g平行法则，计算了β-FeSi2／Si半导体薄膜和Si基体之间可能的择优取向关系。根据界面匹配和结构的分析，建议最优衬底基面的晶体学位向。预测的界面是一个无理面，含有原子尺度台阶，晶格间具有良好匹配关系。以该界面位向作为Si衬底的基面有可能导致高质量金属硅化物β-FeSi2薄膜的生长。     

Fe/Si多层膜经快速热退火合成β-FeSi_2薄膜的研究

采用磁控溅射仪在高阻Si(100)衬底上沉积了[Fe(0.5nm)/Si(1.6nm)]120和[Fe(1nm)/Si(3.2nm)]60多层膜,并在Ar气气氛下进行了1000℃,10s的快速热退火。为了比较,也进行了880℃,30min的常规退火。采用X射线衍射仪、原子力显微镜、光谱仪和霍尔效应仪分析了样品的晶体结构、表面形貌、光吸收特性和电学性能。结果表明:Fe/Si多层膜法合成的样品均为β-FeSi2相且在(220)/(202)方向择优生长;经快速热退火合成的β-FeSi2薄膜光学带隙约为0.9 eV。[Fe(1nm)/Si(3.2nm)]60多层膜经快速热退火合成的β-FeSi2薄膜表面粗糙度最小,该薄膜样品为p型导电,载流子浓度为4.1×1017cm-3,迁移率为48cm2/V.s。     

不同溅射气压对β-FeSi2形成的影响木

采用磁控溅射方法，在不同的溅射气压（Ar气0．5-3．0Pa）条件下沉积纯金属Fe到Si（100）衬底上，通过真空退火炉在800℃对样品进行保温2h，直接形成了正交的β-FeSi2薄膜，利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、椭偏光谱仪，对不同溅射气压下合成的β-FeSi2薄膜的结晶特性、表面形貌及光学性能进行表征，研究了不同溅射气压对制备β-FeSi2薄膜的影响。结果表明：在1．5Pa时能形成较好的β-FeSi2薄膜，临界溅射气压在2．0Pa附近，当溅射气压低与临界值时，β-FeSi2薄膜的成核密度较高，且成核密度随溅射气压的增大而降低；当溅射气压超过临界值以后，β-FeSi2薄膜的成核密度基本不变；薄膜的折射率n随压强的增大而增大，消光系数k随压强的增大而减小。     

真空热处理制备β-FeSi2光电薄膜的研究

磁控溅射法沉积的Fe／Si多层膜和Fe单层膜经真空热处理后制备了β-FeSi2薄膜。[Fe1nm／Si3.2nm]60多层膜在〈880℃温度下真空热处理2h后，样品均呈现β（220）／（202）择优取向，而Fe单层膜制备的样品则易形成β-FeSi2与ε-FeSi相的混合物，且取向杂乱。在920℃真空热处理后，两种样品都形成了α-FeSi2薄膜。原子力显微镜分析表明，样品表面粗糙度随热处理温度升高而变大，最大表面均方根粗糙度约为16nm。卢瑟福背散射分析发现，Fe／Si多层膜样品热处理过程中元素再分布很小。根据光吸收谱测量，Fe／Si多层膜制备的β-Fesi2薄膜的禁带宽度为0．88eV。     

靶基距对脉冲激光沉积β-FeSi2薄膜质量的影响

常用的分子束外延、粒子束沉积法难以获得均匀、致密性好的单一相β-FeSi2薄膜,利用脉冲激光沉积及热退火处理法在P型Si(100)基片上制备了均匀的单一相β-FeSi2薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电镜、原子力显微镜及红外光谱仪研究了靶基距对β-FeSi2薄膜的结构、组分、结晶质量、表面形貌及光吸收特性的影响。结果表明:随着靶基距的增加,薄膜的晶化程度先变差后增强再变差,晶粒尺寸先减小后增大再减小,颗粒分布均匀性先变好后变差;表面粗糙度先减小后增大;靶基距为40 mm时,β-FeSi2薄膜的结晶度较高,颗粒大小均匀、趋于球形化,薄膜致密性较好,粗糙度较低,对红外光的吸收较好。     

衬底温度对钇稳定氧化锆薄膜择优生长的影响

使用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(100)衬底上沉积钇稳定的氧化锆(YSZ)薄膜,用XRD分析薄膜的结晶取向,SEM和AFM观测薄膜表面形貌,研究了在200-650℃的不同衬底温度下薄膜的择优生长.结果表明:衬底温度较低的YSZ薄膜为非晶组织,衬底温度为300-500℃时YSZ晶粒以表面能低的(111)面首先择优生长,衬底温度超过550℃后晶粒活化能提高而使表面能较高的(100)晶粒择优生长.YSZ薄膜是典型的岛状三维生长模式,较高的衬底温度有利于原子在衬底表面迁移和重排结晶长大.同其它沉积技术相比,用PLD技术能在比较低的衬底温度下在Si(100)表面原位外延生长出较高质量的YSZ薄膜.     

脉冲激光沉积ZnO薄膜的结构和光学特性研究

采用脉冲激光，在Si（001）衬底上生长ZnO薄膜，利用X射线衍射（XRD），原子力显微镜（AFM）和光致发光光谱（PL）等测试手段研究了不同衬底温度所生长的ZnO薄膜结构特征和光学性能。研究表明：衬底温度影响ZnO薄膜结构和光学性能。在500℃～600℃沉积范围内随着温度升高，ZnO薄膜结构和光学性能提高。     

低压MOCVD生长TiO2薄膜结构和电性能研究

采用低压MOCVD法沉积生长了TiO2薄膜，研究了Si衬底取向，退火温度，退火时间，退火气氛对其结构和电性能的影响，结果表明，500℃下沉积生长于Si(111)和Si(100)上的TiO2薄膜为锐钛矿相多晶膜，经过600℃以上退火处理后，均可转变为纯金红石相结构。其中，Si(111)上的TiO2薄膜更容易转变为金红石相结构，而Si(100)上的TiO2薄膜，需要更高的退火温度和更长的退火时间才能转变为金红石结构。结果还表明，退火气氛中氧分压的大小对TiO2薄膜的结构无明显的影响。     

磁控溅射镍膜催化生长石墨烯及迁移表征

在Si/SiO2衬底上将磁控溅射镍膜作为催化剂,利用化学气相沉积制备了大面积连续的石墨烯薄膜,得到的石墨烯为1～15层.将石墨烯薄膜迁移到玻璃衬底和Si/SiO2衬底上,测量了薄膜的可见光透过率和薄膜电阻,并讨论了石墨烯作为透明导电电极在光电器件上的应用.     

飞秒脉冲激光沉积Si基a轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜及Ⅰ-Ⅴ特性研究

采用飞秒脉冲激光沉积系统,在Si(111)衬底上制备了a轴和c轴择优取向的Bi4Ti3O12薄膜.X射线衍射(XRD)表明室温(20℃)下沉积的Bi4Ti3O12/Si(111)薄膜呈c轴择优取向,晶粒的平均直径为20nm.在500℃沉积的Bi4Ti3O12/Si(111)薄膜呈a轴择优取向.测量了薄膜的电滞回线和Ⅰ-Ⅴ特性曲线,并用分布参数电路研究了Bi4Ti3O12薄膜的Ⅰ-Ⅴ特性曲线和铁电性的关联性.a轴择优取向Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度Pr=15μC/cm2,矫顽力Ec=48kV/cm.     

Hf_(0.2)Zr_(0.8)O_2铁电薄膜的制备与电性能研究

采用脉冲激光沉积法(pulsed laser deposition,PLD),通过改变气氛氧压、衬底温度等工艺参数,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Hf0.2Zr0.8O2(HZO)薄膜。利用X射线衍射(XRD)表征了薄膜的结构特征;并采用Radiant RT66A进行铁电性能参数的测量,以此研究了工艺参数对薄膜结构和铁电性能的影响规律。分析结果表明,HZO铁电极化的原因主要是来自于HfO2-ZrO2(111)正交相和ZrO2(002)四方相的影响。通过上述实验结果得到,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Hf0.2Zr0.8O2薄膜的优化条件为氧分压18 Pa、衬底温度500℃。在优化条件下制备的Hf0.2Zr0.8O2薄膜,剩余极化(2Pr)达到4μC/cm2。     

基于β-FeSi2薄膜的异质结研究现状

详细介绍了β-FeSi2的结构和β-FeSi2薄膜的物理特性,以及基于β-FeSi2薄膜的异质结在光电方面的应用.目前,基于β-FeSi2薄膜的异质结应用的研究主要集中在PL和EL等LED领域,而对其应用于太阳能电池方面的研究还很薄弱,所获得的光电转换效率最高是3.7%,远低于其16%～23%的理论值.     

SiO2/Si衬底制备ZnO薄膜及表征

本文报道了利用脉冲激光沉积技术在热氧化p型硅衬底上生长ZnO外延薄膜.引入高阻非晶SiO2缓冲层,有效地降低了检测过程中单晶衬底对ZnO薄膜的电学性能影响.利用XRD,SEM,Hall和PL对其进行研究.结果表明,在衬底温度为500℃时,生长的ZnO薄膜具有优良的晶体质量,电学性能和发光性能.     

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.     

不同衬底温度下生长的Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7.0薄膜的XPS研究

采用固相反应法合成具有焦绿石立方结构的Bi1.5Zn1.0Nb1.5 O7(BZN)陶瓷靶材,采用脉冲激光沉积法在Pt/TiO2/SiO2/Si(100)基片制备立方BZN薄膜,衬底温度在500～ 700℃范围内变化.X射线衍射测量结果表明:当在500℃沉积BZN薄膜时,薄膜呈现出无定形态结构.随着衬底温度增加到550℃,薄膜开始晶化,并且显示出立方焦绿石结构.X射线光电子能谱也被用来研究BZN薄膜的结构状态和元素价态.测试得到的全谱表明:在BZN薄膜中,除了用于定标的C元素之外,只有Bi、Zn、Nb、O元素的特征峰,此外有Ti2p特征峰出现,可能来自底电极的TiO2缓冲层.各元素的窄谱扫描表明:Bi,Zn,Nb,O四种元素的化学价态分别是+3,+2,+5,-2.BZN薄膜在550℃结晶,随着衬底温度升高到600℃,金属阳离子的结合能的峰位向高能方向移动,然而O1s的特征峰位也向高能方向移动,这归因于薄膜中存在的氧空位.