极薄薄膜光学特性与微结构的研究(Ⅰ)——光学常数和微结构的联系

本文利用衰减全反射(ATR)技术研究了极薄金属膜(Ag和Al)以及极薄介质膜(ZnS和SiO_2)的光学常数随膜厚的变化规律,并从等效洛伦兹振子原理和Maxwell-Garnett理论出发,得到了极薄金属膜的微结构参数,从而揭示了成膜过程中微结构变化与光学常数变化的关系。本文还分析了束缚态电子对金属膜光学常数的影响。     

射频等离子体沉积类金刚石膜微结构的表征

利用傅里叶变换红外光谱仪和X射线激发的CKLL俄歇谱的一次微分表征了类金刚石(DLC)膜的微结构。指出在高离子能量轰击和低CH_4压强下所形成的DLC膜内以sp~3C-C键为主,并且sp~3碳成分随V/Pa~(1/2) 增加而增加,与退火温度从200℃ 到800℃无关,DLC膜具有好的热稳定性。DLC膜密度研究指出:膜密度与沉积参量和基底材料有关。     

InGaAs探测器片上集成滤光膜的微结构与性能

为了适应未来红外焦平面探测器系统小型化、集成化和高精度的发展要求,采用了热蒸发方法分别在InP衬底和InGaAs探测器上实现了中心波长为1.38μm滤光膜的片上集成。利用偏光显微镜、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及红外傅里叶光谱(FTIR)等实验手段研究了滤光膜的表面界面形貌和光学性能,结果显示,滤光膜为法布里-珀罗三谐振腔结构,与膜系设计一致;滤光膜中心波长为1.38μm,透射率在60%左右。对集成滤光膜InGaAs器件的电学和光学性能测试分析表明,滤光膜制备工艺对器件的电流电压特性和噪声基本没有影响;而集成滤光膜器件的响应要优于滤光膜分离器件的性能。     

氧化铝、氧化钛多孔膜的阳极氧化制备与微结构比较

采用阳极氧化法分别获得了纳米结构的氧化铝多孔膜和氧化钛多孔膜。对多孔膜的微结构、形貌、晶相等进行了检测与分析;系统研究了阳极氧化电压对纳米孔孔径的影响,分析了金属箔片退火、两步阳极氧化对纳米孔有序度和孔径均匀性的影响;对阳极氧化过程中出现的新颖的上下双层和内外双层多孔膜形貌进行了分析和讨论。初步获得了纳米多孔膜的形成机理,阳极氧化铝、氧化钛纳米多孔膜在制备、微结构等方面存在许多共同点。     

磁控溅射不同厚度铝薄膜的微结构及其表面形貌

用直流磁控溅射法在室温的Si(100)基底上制备了21～55 nm范围内不同厚度的铝膜,并用X射线衍射和扫描电镜对薄膜的结构和表面形貌进行了表征.分析结果表明:制备的铝薄膜呈多晶状态,晶粒择优取向为(111),随着膜厚的增加,Al(100)衍射峰宽变窄,薄膜的平均晶粒尺寸逐渐增大,晶面间距逐渐减小,薄膜中的残余应力减小.膜厚为55 nm时,Al膜均匀致密.     

微网气体探测器微结构SPACER的研制

在多丝正比室（MWPC）受到严重挑战的形势下,微网气体探测器（micromegas）以其响应时间快、计数能力高的优势而从各种新型的气体探测器中脱颖而出。本文介绍了利用两种方法制作微网气体探测器微结构的工艺,一种是利用准LIGA工艺,以SU8胶为绝缘层;另一种是利用干膜做绝缘层来制作微网气体探测器。对比分析了SU8胶和干膜对于制作微网气体探测器的优劣。实验证明,利用干膜制作的微网气体探测器性能更好。使用放射源55Fe对其能量分辨本领进行了实验研究,结果利用干膜制作的微网气体探测器得到了有效增益,测出了逃逸峰。另外,还分析了使用编织丝网和电铸镍网对微网气体探测器的影响,实验证明,电铸镍网更适合于微网气体探测器的性能要求。     

微网气体探测器微结构SPACER的研制

在多丝正比室(MWPC)受到严重挑战的形势下,微网气体探测器(micromegas)以其响应时间快、计数能力高的优势而从各种新型的气体探测器中脱颖而出。本文介绍了利用两种方法制作微网气体探测器微结构的工艺,一种是利用准LIGA工艺,以SU8胶为绝缘层;另一种是利用干膜做绝缘层来制作微网气体探测器。对比分析了SU8胶和干膜对于制作微网气体探测器的优劣。实验证明,利用干膜制作的微网气体探测器性能更好。使用放射源55Fe对其能量分辨本领进行了实验研究,结果利用干膜制作的微网气体探测器得到了有效增益,测出了逃逸峰。另外,还分析了使用编织丝网和电铸镍网对微网气体探测器的影响,实验证明,电铸镍网更适合于微网气体探测器的性能要求。     

大马士革镶嵌结构对Cu膜微结构及应力的影响

通过TEM、SEM、XRD和EBSD,观察了Cu互连线和平坦Cu膜的微观结构。采用薄膜应力测试分布仪和二维面探测器XRD,测量了平坦Cu膜和Cu互连线的应力,计算了Cu薄膜热应力的理论值。凹槽侧壁成为互连线新的形核区域,并且在平行于侧壁的方向形成较弱的(111)织构。与平坦膜相比,互连线晶粒尺寸明显变小(、111)织构较弱,且存在大量Σ3和Σ9晶界。平坦膜和互连线分别表现出压应力和张应力。降温过程产生的热应力为互连线的主要应力。     

多孔硅薄膜微结构的分形特性

用扫描电镜(SEM)对厚度不同的多孔硅膜的微结构进行了研究。对于23μm厚的多孔硅膜,其横截面微结构好似海底生长的海藻;而对于6μm厚的多孔硅膜,其表面微结构则像龟壳上的裂纹。通过对在不同放大倍数情况下拍摄的多孔硅的SEM图片进行分析,结果表明多孔硅薄膜的这两种微结构都具有分形特征,而且其分形维数为2.3～2.6。利用扩散限制凝聚模型(diffusion limited aggregation)对这两种微结构的形成过程进行了模拟。     

微结构对CVD金刚石X射线探测器电性能的影响

制备了结构为Au/金刚石膜/Si/Al的光导型X射线探测器,研究了金刚石膜微观结构对器件暗电流-电压特性、电流-温度特性以及在稳态X射线辐照下响应特性的影响.研究表明,采用[001]结构金刚石膜制备的器件具有较大的暗电流和X射线响应.在高于500K的温度区域内,随着温度的上升,器件暗电流以指数式上升,这可能与Si占据金刚石格点产生1.68eV的激活能有关.     

用Raman光谱研究掺氧多晶硅的微结构

本文用Raman谱特征和Raman峰强度的变化,揭示掺氧多晶硅(SIPOS)的微结构:对于各种氧含量(从8％到38％)的SIPOS生长膜是一种无序结构,其中元素Si呈无定形相.高温(T>900℃)热退火后,薄膜经历了一个再结晶过程,并出现了微晶区,Si微晶尺寸随退火温度的提高而增大.膜中氧浓度增加对微晶生长有抑制作用,故膜中氧含量增加将使Si晶粒度减小,或者相应的使薄膜再结晶的温度提高.     

W/SiC纳米多层膜界面微结构研究

本文采用双靶交替磁控溅射方法制备了Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜，并用高分辨电镜对多层膜截面形貌及界面微结构进行了分析，结果表明：Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜具有良好的调制结构，其中Ｗ为多晶，ＳｉＣ为非晶，且Ｗ晶粒垂直于膜面的方向上的长大受到调制周期的限制，Ｗ与ＳｉＣ形成完全非共格界面，该界面具有宏观平直微观粗糙的特点，在界面上存在一个模糊的过渡层，该过渡层由Ｗ与ＳｉＣ的成份混合区和Ｗ的结构过渡区构成。     

基于微结构制作的溶胶凝胶浸渍成膜特性

针对制作溶胶 凝胶 (sol gel)微光学元件的需要 ,对溶胶 凝胶浸渍提拉成膜过程中膜厚、均匀性等成膜特性进行了仔细考察。对于室温干燥情况 ,提拉成膜厚度与提拉速度的经验关系为 :低速时膜厚与提拉速度呈 1 2次幂关系 ;高速时则偏离以上关系 ,且随速度的增大 ,膜厚增加缓慢。对成膜过程的分析表明 ,挥发过程对溶胶 凝胶提拉成膜厚度的影响是重要的     

TiB2／SiO2纳米多层膜的微结构特征

两种材料以纳米量级厚度交替沉积形成的幼体米多层膜常伴有硬度和弹性模量异常升高的超三角效应。据此，Sproul等提出采用两种氧化物交替沉积制备同时具有超硬效应和优良抗氧化性能的纳米多层膜。尽管有人按照此设想进行了一些尝试，却未能在氧化物纳米多层膜中获得预期的超效应。溅射状态下氧化物多以非晶太存在，导致多层膜层间共格界面的缺失，这是氧化物多层膜难以获得硬度增量的主要原因。     

银粉对导电银浆表面微结构及导电性能的影响实践

本文围绕银粉对导电银浆性能及表面结构的影响进行了实验分析.结果 表明:银粉颗粒形状和分散性不同,银浆固化膜导电性能有差异.在不同混合银粉配比条件下,银浆固化膜导电性能也不同.     

金刚石膜表面微结构红外增透性能研究

CVD金刚石是一种性能优异的红外光学窗口材料，但其在红外波段的理论透过率仅能实现约71%。通过表面亚波长结构设计可进一步增强CVD金刚石膜的光学透过性能。该研究首先通过理论模拟，建立了金刚石微结构特征与光学增透之间的定量关系。基于此为指导，探讨了在具有微结构硅片表面，采用MPCVD方法复制生长出具有微结构的金刚石自支撑光学级薄膜，用于提升金刚石膜在红外波段的透过率。采用扫描电镜（SEM）观察了原始硅片和金刚石表面及微结构形貌，通过拉曼散射光谱评估了金刚石的生长质量及形核层影响，采用红外光谱仪测试了金刚石红外透过率。结果显示，单面构筑微结构后，金刚石膜在8~12 μm波段的透过率可从70%提升至76%，说明表面微结构能显著提升金刚石膜的光学透过性能。非金刚石形核层以及表面微结构的完整性不足可能是导致实验结果与理论模拟结果具有一定偏差的主要原因。     

Zr过渡层对Al膜微结构与性能的影响

为了增加高频声表面波器件用Al薄膜的功率承受力以及与基体的附着力，同时不增加薄膜在化学反应刻蚀中的难度。并精确地控制图形的尺寸。采用电子束蒸镀法研究了Zr过渡层和薄膜固化工艺对Al膜微结构、形貌、电性能及机械性能的影响。结果表明。适当厚度(5-30nm)的Zr过渡层增强了Al膜的(111)织构，增加了薄膜与LiNbO3基体的结合力，200℃固化后电阻率明显降低．拥有Zr过渡层的Al膜具有良好的工艺性能，通过反应离子刻蚀易获得精确的换能器图形．     

不同调制周期Cu/TaN多层膜的微结构与表面形貌

采用磁控溅射方法在Si(111)基底上沉积不同调制周期的Cu/TaN多层膜,用X射线衍射仪(XRD)与原子力显微镜(AFM)表征薄膜微结构与表面形貌,研究了不同调制周期L薄膜的微结构与表面形貌.结果表明:不同L的TaN调制层均为非晶结构,多晶Cu调制层的晶粒取向组成随着L改变而变化; Cu调制层的表面粗糙度Rrms.大于TaN调制层的Rrms;与Cu单层膜相比,最外层为Cu调制层的Cu/TaN多层膜的Rrms较小;与TaN单层膜相比,最外层为TaN调制层的Cu/TaN多层膜的/Rrms较大;随着L增加,多层膜与对应的单层膜之间的兄Rrms差值逐渐减小.     

粒子轰击对碳纳米管微结构和场发射性能的影响

研究了粒子轰击对碳纳米管膜微结构和场电子发射性能的影响。研究结果表明．采用多种等离子体处理碳纳米管能改变其微结构．并显著提高场发射点密度．从而改善场发射性能。随着粒子轰击时间的延长,发射电流先降低,然后又增加甚至超过原始碳纳米管膜的发射电流。我们认为发射性能的变化归功于不同的发射机理：粒子轰击处理后．电子由纳米管尖端发射逐渐变为主要从管体上的纳米瘤发射,致使发射点密度显著增加。     

一种新型微结构高灵敏度光纤温度传感器

为实现高精度温度检测,提出一种基于飞秒激光微加工的新型光纤温度传感器的制备方法。利用波长为780nm的飞秒激光脉冲在刻写有光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤(SMF)包层上加工槽状微结构,通过磁控溅射的方法在其表面沉积温敏薄膜,从而制备一种光纤温度传感探头。理论分析了环状微结构镀膜实现温度增敏的工作机制,通过温度实验讨论了不同微结构镀膜对温度增敏效果的影响。实验结果表明,在FBG包层上单纯加工槽状微结构(无镀膜),对温度的灵敏度影响不大,基本上不改变光栅中心波长随温度变化的趋势;加工槽状微结构后再沉积敏感薄膜,可明显提升传感器的温度灵敏度,其中环状膜层较镀膜螺纹膜层微结构的增敏效果更加明显,其灵敏度可达21.37pm/℃。