直流溅射中氮气分量对氮化锆薄膜性质的影响

用直流溅射方法制备氮化锆薄膜,其晶体结构,氮原子组分以及电阻率都与溅射气氛中氮气分量有直接关系。用X射线衍射分析薄膜结构,随氮气分量由5％至30％增加,玻璃衬底上的氮化锗薄膜首先呈(111)和(200)两主要生长取向;然后(200)取向逐渐消失,只有(111)单个优化生长取向;最后,没有衍射峰出现,薄膜趋于无定型结构。     

射频反应溅射中N2分量对TiN薄膜性质的影响

用射频反应溅射的方法制备了TiN薄膜，其晶体结构与电阻率都与溅射气氛中N2分量有直接关系。随着N2分量由5％增加到50％，薄膜先是呈现（111）的择优取向，后是呈现（200）的取向，最后没有衍射峰出现，结构趋于无定型，于此同时，电阻率也由接近金属的良好导电性变为半导体的导电性。     

Si(111)衬底上生长的立方MgxZn1-x晶体薄膜

在国际上第一次采用电子束反应蒸发法在Si(111)衬底上生长了MgxZn1-xO晶体薄膜。能量色散X射线(EDX)特征能谱及X射线衍射(XRD)分析表明薄膜呈立方结构，薄膜的晶面取向依赖于生长温度，在200℃温度下生长得到高度(200)取向的立方MgxZn1-xO薄膜，温度过高时得到多晶薄膜。对高度(200)取向的立方MgxZn1-xO薄膜的光荧光激发谱(PLE)分析表明其光学带隙为4．20eV，相对于MgO的带隙红移量为3．50eV。XRD分析还表明立方MgxZn1-xO薄膜与MgO衬底之间的晶格失配仅为0．16％。这使得高质量立方MgxZn1-xO多量子阱材料的制备成为可能。     

银薄膜织构变化的定量研究

利用X射线衍射(XRD)织构分析技术研究了未退火及在400℃温度条件下经4h真空退火处理后的银薄膜织构。结果表明，银薄膜主要存在(111)和(100)面织构组份。银沉积薄膜(未退火)中(111)取向的晶粒多于(100)取向的晶粒。经退火处理后的硅基银薄膜表现更强的(111)和(100)面织构，而且(111)和(100)取向的晶粒数量基本相当。用表面能和应变能各向异性驱动晶粒生长的机理对此给予了解释。     

磁控溅射制备铁掺杂氮化铜薄膜的研究

采用反应磁控溅射法在氮气分压0.5Pa、基底温度100℃条件下,在玻璃基底上分别制备了氮化铜薄膜和铁掺杂氮化铜薄膜.XRD显示氮化铜薄膜择优(111)晶面生长,铁掺杂使氮化铜薄膜的结晶程度减弱.AFM显示铁掺杂使氮化铜薄膜粗糙度增加.铁掺杂不同程度地提高了氮化铜薄膜的沉积速率和电阻率.     

Si(111)衬底上生长的立方MgxZn1-xO晶体薄膜

在国际上第一次采用电子束反应蒸发法在Si(111)衬底上生长了MgxZn1-xO晶体薄膜.能量色散X射线(EDX)特征能谱及X射线衍射(XRD)分析表明薄膜呈立方结构,薄膜的晶面取向依赖于生长温度,在200C温度下生长得到高度(200)取向的立方MgxZn1-xO薄膜,温度过高时得到多晶薄膜.对高度(200)取向的立方MgxZn1-xO薄膜的光荧光激发谱(PLE)分析表明其光学带隙为4.20eV,相对于MgO的带隙红移量为3.50eV.XRD分析还表明立方MgxZn1-xO薄膜与MgO衬底之间的晶格失配仅为0.16%.这使得高质量立方MgxZn1-xO/MgO多量子阱材料的制备成为可能.     

氮化铪在蓝宝石衬底上的镀膜研究

利用反应式磁控溅射镀膜系统在蓝宝石衬底上制备了氮化铪(HfxN)薄膜,系统研究了氮气流量fN和镀膜温度Ts对HfxN薄膜的物相组成、晶体结构和电学性质的影响。实验结果表明,在fN=3sccm时,可以在蓝宝石衬底上获得化学计量比接近1的HfxN薄膜,方块电阻为5.24Ω/sq;X射线衍射光谱(XRD)结果显示薄膜为岩盐结构的δ-HfN相;提高镀膜温度可以显著提高HfxN薄膜在蓝宝石衬底上的晶体质量,并且薄膜趋于(111)方向单晶生长;原子力显微镜(AFM)显示薄膜表面平整,均方根粗糙度Rq=0.193nm。     

不同氮气气压脉冲激光沉积氮化钛薄膜的结构和电学性能

采用脉冲激光沉积的方法,以高纯TiN为靶材,650℃为生长温度,蓝宝石为衬底,在氮气气压分别为1,2和3Pa的条件下制备了氮化钛薄膜。研究不同氮气气压对氮化钛薄膜生长质量及电学性能的影响。研究发现,在不同氮气气压条件下,均获得了高质量的氮化钛薄膜,其表面致密、(111)晶面择优取向生长且具有金属性;随着氮气压的增加,氮化钛薄膜的(111)晶面对应的衍射峰向高角度方向移动,氮化钛薄膜的N/Ti减小,方块电阻减小,反射谱的最低点向短波长方向漂移。研究结果表明氮化钛薄膜的化学组成和金属性可以通过氮气气压来调节。     

不同基底对掺镧钛酸铅铁电薄膜结晶性能的影响

采用射频磁控溅射技术,使用相同的工艺条件在Si(100)基底和Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上生长了掺镧钛酸铅[(Pb0.9,La0.1)TiO3,PLT10]铁电薄膜。采用常规热处理工艺对两种基底上生长的PLT铁电薄膜在相同条件下进行了退火。用原子力显微镜(AFM)观察PLT薄膜的表面形貌。用X射线衍射技术(XRD)研究PLT薄膜结晶性能。XRD图谱表明硅基底上的PLT在晶化后,各主要晶面的衍射峰均出现,取向呈现多样化;而在铂上的PLT在晶化后,只出现了(111)晶面衍射峰和(222)晶面衍射峰,取向是单一的〈111〉方向。通过对XRD的数据计算可知,在相同条件下退火的PLT薄膜,在铂上的PLT的晶粒尺寸大于在硅基底上的PLT的晶粒尺寸。晶粒尺寸的差异反应出了由于基底的影响而造成薄膜晶化过程中成核方式的差异。     

氮气分压对电弧离子镀CrN_x薄膜组织结构的影响

利用电弧离子镀技术在钛合金表面制备CrNx薄膜,分析讨论氮气分压对薄膜表面形貌、相组成和微观结构的影响。结果表明,随着氮气分压的升高,CrNx薄膜表面熔滴的数量及尺寸减少,表面平整度得到明显改善;薄膜的物相组成在氮气分压为1.0 Pa时由Cr2N相变为CrN相;同时因氮气分压改变粒子、离子的轰击作用,影响薄膜表面的能量状态,CrNx薄膜晶体的择优生长由(200),(220)变为(111)。在氮气分压为1.5 Pa时可获得高沉积效率、高致密度、高硬度,并具有纳米晶体结构的单相CrN薄膜。     

等离子体浸没离子注入和沉积技术制备TiN薄膜研究

利用多功能等离子体浸没离子注入设备，采用等离子体浸没离子注入和沉积技术在Ti合金表面制备具有优异力学性能的TiN薄膜。研究了真空室中氮气存在状态及氮气压力对薄膜性能的影响：当氮以中性气体存在于真空室中，薄膜的生长主要受热力学因素控制，沿着低自由能的密排面(低指数面)TiN(111)择优生长；当氮以等离子体状态存在于真空室中，薄膜沿着高指数面TiN(220)择优生长，具有高硬度、耐磨性好的优点，并且随着N分压的提高，薄膜耐磨性提高。     

脉冲激光沉积方法生长硅基ZnO薄膜的特性

用脉冲激光沉积法(PLD)在n型硅(111)平面上生长ZnO薄膜.X射线衍射(XRD)在2θ=34°处出现了唯一的衍射峰,半高宽为0.75°;傅里叶红外吸收(FTIR)在414.92cm-1附近出现了对应Zn-O键的红外光谱的特征吸收峰;光致发光(PL)测量发现了位于370和460nm处的室温光致发光峰;扫描电子显微镜(SEM)和选区电子衍射(SAED)显示了薄膜的表面形貌以及晶格结构.利用PLD法制备了具有c轴取向高度一致的六方纤锌矿结构ZnO薄膜.     

氮化钽薄膜的制备与结构研究

利用磁控反应溅射技术制备了氮化钽薄膜，利用ＴＥＭ、ＸＲＤ技术研究了薄膜的微观结构。研究结果表明：薄膜中多相共存；薄膜晶粒细小（１６ｎｍ左右）；同时还发现，在一定工作压力下，随着氮分压的提高，氮化物晶粒形成的取向改变，即平行于基体表面生长的晶面会有改变。一定工作压力下，制备的氮化钽薄膜硬变高达４０００ｋｇ／ｎｍ＾２以上。本文探讨了氮化钽薄膜高硬度的原因，并且讨论了随氮分压的提高薄膜织构变化的原因。     

基底负偏压对直流磁控溅射CrN薄膜择优取向及表面形貌的影响

直流磁控溅射法制备不同基底负偏压下的CrN薄膜,采用XRD分析薄膜相结构,EDS分析薄膜表面成分,SEM观察薄膜表面形貌,并对偏压作用机制进行了探讨。结果表明,当Ar流量6ml/min、N2流量30ml/min时,在基底负偏压增大过程中,CrN薄膜始终由CrN相组成,但薄膜生长发生了(111)(-50V)向(200)(-125V)再向无明显择优生长(-225V)的转变。低偏压时,CrN薄膜[111]向[200]取向转变主要是轰击表面氮离子浓度增加导致;高偏压时,薄膜中Ar浓度大幅增长,高能离子长时间轰击破坏晶粒取向性,使薄膜呈无择优取向。同时,负偏压增加使薄膜表面形貌从具有棱角的不规则形状逐渐变为粒状结构,且晶粒逐渐细小。     

氮化处理对ITO薄膜光电特性影响

利用射频磁控溅射在玻璃衬底上制备了氧化铟锡(ITO)薄膜,分别采用两种方法对薄膜进行氮化处理,即:(1)利用氩气溅射在室温下制备薄膜,随后在氮气和氨气气氛下对薄膜进行热处理;(2)利用氩气/氮气共溅射成膜.利用X射线衍射、霍尔效应、UV-vis-NIR分光光度计等测试手段对薄膜样品进行表征,对比研究了两种氮化处理方法对ITO薄膜光电特性的影响.结果发现对于低温生长的薄膜,两种方法均能明显提高其在可见光区的透过率.氩气/氮气共溅射的方法会降低薄膜的结晶程度,降低载流子浓度,但使得其紫外/可见/近红外光谱发生明显红移;而热处理方法则能增加薄膜的结晶程度,提高其导电能力.     

可控阴极弧制备的梯度及调制多层CrN/Cr薄膜的组织结构和力学性能研究

采用可控阴极弧的沉积方法在GCr15基体上制备了梯度和调制多层结构的氮化铬/铬(CrN/Cr)薄膜,对不同的CrN/Cr薄膜的组织结构、力学性能和耐磨性能进行了研究。通过扫描电镜、能量散射谱、X射线衍射、纳米压痕、划痕试验、微摩擦磨损测试仪及形貌测试仪对薄膜的组织结构、成份、力学性能、结合强度及耐磨性能进行了分析。结果表明:制备的薄膜厚度约5.5μm,梯度结构及调制多层CrN/Cr薄膜呈现明显的立方CrN(111)(200)取向,薄膜力学性能(包括硬度,模量,结合强度等)及耐磨性能均与不同的结构及调制周期相关。梯度结构的CrN/Cr薄膜硬度达到25 GPa,结合强度55 N,磨损率为32.754×10-6mm3/N·m,力学及耐磨性能明显优于其它多层结构,说明梯度结构可有效地改善CrN/Cr薄膜的性能。     

原位选择性氮化法制备t-ZrO2-TiN复合粉料

研究以固溶反应为基础的粉粒制备技术，应用热力学原理分析计算了（Zr,Ti）O2固溶系统的选择性的氮化条件，确定了反应温度对该系统氮化后相组成的影响。采用碳热还原法，在高纯氮气氛下原位反应生成氮化钛，同时保持氮化锆组成和结构不变，利用X射线衍射和X射线荧光光谱对氮化后粉料的物相和氮化效果进行分析，采用扫描电镜对复合粉料的形貌进行观察。     

脉冲激光诱导钛表面氮化的研究

介绍了在氮气气氛下,用脉冲激光照射钛表面实现钛的诱导氮化的实验结果.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对氮化表面进行了结构表征和性能分析.X射线衍射(XRD)结果显示氮化层的主要成分是a-Ti相和δ-TiN相,同时含有少量的a-Ti(N)固溶体.随着激光平均功率的增加,氮化层中δ-TiN相和α-Ti(N)固溶体含量逐渐增加,相应的氮含量也逐渐增加.纳米硬度测试结果显示氮化层的纳米硬度和弹性模量较基材钛明显增加,2mN载荷下测得氮化层的纳米硬度和弹性模量分别在11.5～15GPa和200～250GPa之间.     

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。     

以TiO_2为缓冲层在GaN上外延生长PZT铁电薄膜

采用脉冲激光沉积技术在(0001)取向的GaN基片上以TiO2为缓冲层外延生长了PZT(111)单晶薄膜。X射线衍射分析表明PZT(111)衍射峰的摇摆曲线半高宽为0.4°,说明薄膜结晶性能良好。PZT薄膜疲劳特性测试结果表明,在经过107次翻转后PZT薄膜的剩余极化强度开始出现下降。P-E电滞回线和I-V测试表明PZT薄膜矫顽场(2Ec)为350 kV/cm,剩余极化(2Pr)约为96μC/cm2,在1 V电压下薄膜的漏电流密度为1.5×10-7A/cm2。以上性能测试结果表明,在半导体GaN上外延生长的PZT铁电薄膜性能基本满足铁电随机存储器的需要。