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)。     

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。     

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。     

Si(111)衬底上离子束溅射沉积法生长β-FeSi2薄膜的研究

采用离子束溅射Fe靶的方法在500～800℃的Si(111)衬底上制备出不同种类的铁硅化合物.当衬底温度为700℃时得到厚度为500nm的单相的β-FeSi2薄膜,高分辨透射电镜证实该β-FeSi2薄膜为局部外延,薄膜和Si衬底之间界面明显,没有中间层.     

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.     

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。     

磁控溅射技术制备硅纳米晶多层膜及微观结构表征

在室温下,分别利用常规磁控溅射和反应磁控溅射技术交替沉积Si薄膜和Si1-xNx薄膜在单晶硅基体上制备了Si/Si1-xNx纳米多层膜。接下来,在高温下对Si/Si1-xNx多层膜进行退火诱发各层中形成硅纳米晶。研究了Si1-xNx层厚度和N2流量沉积对Si/Si1-xNx多层膜中Si量子点形成的影响。TEM检测结果表明,N2流量为2.5mL/min时沉积的多层膜退火后形成了尺寸为20～30nm的等轴Si3N4纳米晶;N2流量为5.0mL/min时沉积的多层膜退火后在Si层和Si1-xNx多层中均形成了硅纳米晶,而在7.5mL/min N2流量下沉积的Si/Si1-xNx多层膜退火后仅在Si层中形成了硅纳米晶。     

膜厚对AZO∶Si薄膜性能的影响

近年来,Si基ZnO∶Al透明导电薄膜界面处Si的渗透对薄膜性能的影响引起了人们的关注。本文采用射频磁控溅射法,在石英和Si衬底上沉积了不同厚度的Al、Si弱掺杂(1wt.%)的ZnO薄膜(AZO∶Si),系统研究了膜厚(等价于Si的渗透深度)对薄膜电学、光学性质的影响。结果显示,膜厚在几十nm时,薄膜的电阻率、载流子浓度和迁移率都强烈地依赖于膜厚,在膜厚为19nm时,载流子浓度和迁移率接近最小,电阻率较大,且呈现p型导电特性。随着膜厚增加,载流子浓度和迁移率都变大,电阻率减小并趋于稳定,膜厚在396nm附近时电阻率最小是7×10-3Ωc#m,此时的载流子浓度和迁移率分别是1.54×1020cm-3和5.66cm2 V-1s-1。膜厚达300nm以上时,Si的影响已可忽略。结合薄膜的X射线衍射(XRD)图谱、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见光(UV-Vis)透射光谱探讨了膜厚(Si的渗透深度或过渡层厚度)对薄膜性能的影响及其相关机制。     

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。     

CoFe/Cu多层膜巨磁阻效应的研究

采用直流磁控溅射制备了多层膜Ta/缓冲层/[Co95Fe5/Cu]×12/Co95Fe5/Ta。实验发现,多层膜的磁阻性能受到缓冲层材料、各子层厚度以及退火处理的影响。采用优化的多层膜结构:Ni65Fe15Co20缓冲层厚8 nm、CoFe层厚1.55 nm、Cu层厚2.4nm,沉积态薄膜GMR值达到7.6%;而在外加磁场79.6×103A/m下,250℃保温2 h退火处理后,多层膜的GMR值进一步提高到11.9%,磁滞从18.7×102A/m降低到796 A/m。     

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。     

热蒸发多孔Si/SiO2薄膜的光致发光特性研究

本工作采用热蒸发法制备了多孔Si/SiO_2薄膜,利用拉曼、红外、XRD研究了薄膜的结构,SEM研究了表面形貌,使用光致发光(PL)谱对其发光特性进行了研究。结果表明,激发波长为325nm(2.88eV)时,样品的峰位分别在430nm(2.88eV)、441nm(2.81eV)、523nm(2.47eV)、554nm(2.24eV),激发波长为488nm时,峰位在570nm(2.18eV),采用施主态Si悬挂键≡Si 0位于2.81eV,受主态Si悬挂键≡Si-位于3.00eV处,引入SiOx(x小于2)和Si-O-Si缺陷态能级,能级分别为5.05eV和0.63eV,建立了Si/SiO_2薄膜的能隙态(EGS)模型,并讨论了其发光机制。     

热原子层沉积技术制备的TiAlC薄膜的性能

为了解以热原子层沉积技术制备的TiAlC薄膜的特性,在不同基底温度下,以硅和二氧化硅为基底材料制备了TiAlC薄膜;采用椭偏仪、分光光度计、X射线光电子能谱、原子力显微镜、X射线衍射仪对薄膜的性能进行了测试。结果表明:随着基底温度的升高,TiAlC薄膜平均透射率逐渐降低,吸收边产生红移,光学带隙由2.56eV降低到0.61 eV;薄膜的沉积速率由0.09 nm/cycle升高到0.20 nm/cycle,表面粗糙度由1.82 nm降低到0.49 nm;不同基底温度下生长的薄膜均为无定型结构;膜层中的氧源于空气的自然氧化,且膜层的氧化程度与膜层中TiC的含量及膜层的致密性有关;TiAlC薄膜的形成主要源于高温条件下TiC的形成及三甲基铝的分解。     

制备工艺参数对TiNx/Ag/TiNx低辐射膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃基片上沉积了TiNx/Ag/TiNx低辐射膜,研究了制备工艺参数对低辐射膜光学性能的影响以及低辐射膜的耐腐蚀性能.结果表明,TiNx薄膜可对膜系起到很好的保护作用,当膜系的TiNx保护层厚度为32nm、内层TiNx膜厚为16nm(氮气流量为55sccm)、Ag层厚度为16nm时,制备的低辐射膜系具有优良的透过率、低辐射性能和耐腐蚀性能.     

钠钙玻璃上Mg2Si薄膜的制备及其电学性质

采用磁控溅射技术和退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备了Mg_2Si半导体薄膜,研究了Mg膜厚度对Mg_2Si薄膜结构及其电学性质的影响。在钠钙玻璃上分别溅射两组相同厚度(175nm)的P-Si和N-Si膜,然后在其上溅射不同厚度Mg膜(240nm、256nm、272nm、288nm、304nm),低真空退火4h制备一系列Mg_2Si半导体薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测试仪对Mg_2Si薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性质进行表征与分析。结果表明:采用磁控溅射技术在钠钙玻璃衬底上成功制备出以Mg_2Si(220)为主的Mg_2Si薄膜。随着沉积Mg膜厚度的增加,Mg_2Si衍射峰逐渐增强,薄膜表面更连续,电阻率逐渐减小,霍尔迁移率逐渐降低,载流子浓度逐渐增加。此外,Si膜导电类型和Mg膜厚度共同影响Mg_2Si薄膜的导电类型。溅射N-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型随着Mg膜厚度的增加由P型转化为N型;溅射P-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型为P型。可以控制制备的Mg_2Si半导体薄膜的导电类型,这对Mg_2Si薄膜的器件开发有着重要的指导意义。     

宽谱增透双层TiO2-SiO2/SiO2薄膜的制备与性能

采用溶胶-凝胶法制备了双层TiO_2-SiO_2/SiO_2薄膜,调控了底层薄膜的折射率及双层薄膜不同的厚度匹配,研究了在不同厚度匹配下薄膜的光学性能。通过场发射扫描电子显微镜、椭偏仪、紫外-可见-红外分光光度计研究了薄膜的微观结构、厚度、折射率和光学透过率。研究表明:以TiO_2与SiO_2混合溶胶镀膜获得了折射率可调(1.5～2.0)的薄膜,在TiO_2-SiO_2层与SiO_2层的厚度分别约为160 nm、90 nm时获得了光学性能较优的薄膜,薄膜在光学宽谱380～1 100 nm范围内表现出明显的增透效果,可见光最高透过率可达97.5%,宽谱平均透过率为93.9%。     

TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜的制备

采用双靶磁控溅射法制备了 TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜,考察了热处理时间、Fe层厚度、溅射功率以及Ar气分压对多层膜低场磁致伸缩性能的影响。研究结果表明:TbFe 磁致伸缩层与软磁 Fe层之间通过交换耦合作用以及热处理能明显提高薄膜的软磁性能和磁致伸缩性能;TbFe/Fe多层膜的磁致伸缩性能对热处理时间、Fe 层厚度、溅射功率、Ar 气分压等薄膜沉积参数十分敏感;与 TbFe 磁致伸缩薄膜相比TbFe/Fe交换耦合磁致伸缩多层膜水平方向的矫顽力从 16kA/m降低到 9.6 kA/m。在外加磁场为8000 A/m条件下,TbFe/Fe磁致伸缩多层膜最大磁致伸缩系数可达1.58×10-4。     

Fe/V多层膜中亚稳结构Fe的形成及其磁学性能

采用电子束蒸镀的方法,通过改变多层膜的周期结构,成功地制备出具有不同晶格常数的bcc亚稳结构铁相的Fe/V多层膜,并研究了亚稳结构铁相形成对其磁性影响的规律.实验结果表明,多层膜中Fe与V层均由纳米晶粒组成.Fe层厚度小于2nm时,受多层膜界面自由能作用,Fe与V相互准外延生长,多层膜由点阵常数一致的体心立方相组成,其点阵常数随样品V/Fe层厚度比的增大而增加.多层膜平均原子磁矩随铁或钒层厚度的改变发生明显变化:当钒层厚度固定为6nm时,铁原子磁矩随铁层厚度的增加逐渐下降,在2nm处出现极小值后又随铁层增厚而回升;对于铁层厚度固定为1.6nm的样品,磁矩在钒层厚度为3nm时出现极大值.     

C掺杂对L1_0-FePt/Fe交换耦合复合薄膜磁性的影响北大核心CSCD

采用磁控溅射的方法制备了L1_0-FePt/[Fe/C]_n薄膜,并与L1_0-FePt/Fe双层膜磁性能进行了对比。结果表明,当[Fe/C]_n周期数固定时,薄膜的矫顽力随C层厚度的增大呈先减小后增大的趋势,C层厚度为1 nm时,矫顽力最低。另外,通过一系列硬磁层掺C的[L1_0-FePt/C]_(10)/Fe5 nm多层膜中发现,掺入适当的C后,不但降低薄膜的矫顽力,而且可以改善晶粒间的相互作用,提高信噪比。     

CrAlN/WS_2纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

采用反应磁控溅射工艺在Si基体上沉积了不同调制周期的CrAlN/WS_2纳米多层膜,采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、纳米压痕仪和HSR-2M涂层摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜(SEM),研究了调制周期对CrAlN/WS_2纳米多层膜微观结构和力学性能的影响。研究结果表明,WS_2层厚度低于0.8nm时,六方结构的WS_2在CrAlN的模板作用下转变为B1-NaCl型面心立方结构并与CrAlN层发生共格外延生长,使薄膜得到强化,在WS_2层厚度为0.8nm时,薄膜硬度和弹性模量达到最大,分别为37.3和341.2GPa。随着WS_2层厚度的进一步增加,WS_2又转变回六方结构,使薄膜共格外延生长结构破坏,结晶度降低,耐磨性增强,硬度和弹性模量减小。CrAlN/WS_2纳米多层膜的摩擦系数均在0.2~0.3之间,远低于单层CrAlN的摩擦系数的0.6,磨损率亦明显减小。获得了综合力学性能优异的CrAlN/WS_2纳米多层膜。