HfO2薄膜的制备与光学性能

采用射频磁控反应溅射法，以高纯热压HfO2陶瓷为靶材，在Si衬底上成功制备出HfO2薄膜。系统研究了工艺参数对薄膜沉积速率的影响规律，并对薄膜的光学性能进行了研究。结果表明，射频功率对薄膜沉积速率的影响最为明显，O2／Ar流量比和衬底温度对沉积速率的作用不明显，所制备薄膜的折射率较高在近红外波段趋于1．95，在500-1650nm波段范围内薄膜几乎无吸收，透过率较高。     

不同氧氩比例对氧化硅(SiO2)薄膜的结构及性能的影响

在不同氧氩比例气氛下,采用反应直流磁控溅射方法制备了SiO2薄膜.利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）和紫外可见光谱（UV-Visible spectrum）等研究了氧氩比例的不同对SiO2薄膜的晶体结构、化学配比、表面形貌和光学性能的影响.结果显示：室温下,不同氧氩比例的SiO2薄膜都为非晶结构;随着氧分量的增加,Si2p与O1s向高结合能方向移动;在氧分量较大的气氛下,SiO2薄膜的化学失配度较小,薄膜均匀,致密,在400-1100nm有良好的光透过性.     

脉冲激光沉积制备的HfO2薄膜的结构与电学性能

采用脉冲激光沉积（PLD）方法在Si（100）基底上制备了有效氧化层厚度为8．6nm，介电常数为29．3的HfO2薄膜．借助C射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、高分辨透射电镜（HRTEM）分析了样品的微观结构，对电容的C-V与I-V电学特性进行了测试。实验结果表明，该方法制得的HfO2薄膜表面光滑，N2500℃下退火30mm后样品表面粗糙度由0．203nm变为0．498nm，薄膜由非晶转变为简单正交结构，界面层得到有效控制，该栅介质电容具有良好的C-V特性，较低的漏电流密度（4．3×10^-7A/cm^2，@-1V），是SiO2栅介质的理想替代物．     

衬底温度对射频磁控溅射制备HfO2薄膜结构的影响

采用射频磁控溅射法在氧氩比为0.2的混合气氛中,分别在室温、100℃、200℃、250℃、300℃、350℃和400℃温度下,在P-Si(100)衬底上制备了HfO2薄膜,并用SEM、XRD和AFM研究了衬底温度与薄膜沉积速率对微结构的影响.结果表明:随着衬底温度的增加,薄膜沉积速率呈减小趋势.室温沉积的HfO2薄膜为非晶态,当衬底温度高于100℃,薄膜出现单斜晶相,随着衬底温度继续增加,(111)择优取向更加明显,晶粒尺寸增大,薄膜表面粗糙度减小.     

沉积时间对磁控反应溅射制备TiO2薄膜性能的影响

应用直流磁控反应溅射法,在玻璃基体上制备了具有光催化活性的TiO2薄膜.TiO2薄膜的厚度随沉积时间的增加而均匀增长.基体温度则在溅射的最初1h很快上升到110℃,溅射7h基体温度不超过130℃.溅射2h得到的是非晶态TiO2薄膜,而溅射3～7h制备的薄膜为锐钛矿型结构.非晶态和小晶粒TiO2薄膜的紫外一可见透射光谱谱带边沿与结晶较好的TiO2薄膜相比有明显的蓝移,薄膜的透射率随沉积时间的增加而下降.钛以四价钛的形式存在于TiO2薄膜中.TiO2薄膜的光催化活性随沉积时间争薄膜厚度的增加而有较大提高.     

磁控反应溅射TaN薄膜的结构和性能

采用磁控溅射仪制备了ＴａＮ薄膜,研究了不同氮分压条件下ＴａＮ薄膜的成份、结构和力学性能。结果表明,氮分压在０．２＊１０＾－１Ｐａ时镀层由两相混合物正方的β－Ｔａ和面心立方结构的δ－ＴａＮ组成。而氮分压在０．４＊１０＾－１－０．８＊１０＾－１Ｐａ时,得到单相六方ＴａＮ结构。     

单层二氧化铪（HfO2）薄膜的特性研究

利用电子束蒸发、离子束辅助沉积和离子束反应溅射三种制备方法制备了单层HfO2薄膜,对薄膜样品的晶体结构、光学特性、表面形貌以及吸收特性进行了研究。实验结果表明,薄膜特性与制备工艺有着密切的关系。电子束蒸发和离子束反应溅射制备的薄膜为非晶结构,而离子束辅助制备的薄膜为多晶结构。电子束蒸发制备的薄膜折射率较低,薄膜比较疏松,表面粗糙度较小,吸收相对较小,而离子束辅助以及离子束反应溅射制备的薄膜折射率较高,薄膜的结构比较致密,但表面粗糙度较大,吸收相对较大。不同制备工艺条件下薄膜的光学能隙范围为5.30～5.43eV,对应的吸收边的范围为228.4～234.0nm。     

ITO薄膜直流反应磁控溅射制备及性能研究

以90wt%In和10wt%Sn铟锡合金为靶材,采用直流磁控反应溅射法在玻璃基片制备ITO透明导电薄膜.用紫外-可见光分光光度计、四探针电阻仪、XRD和SEM分别测试了ITO薄膜的紫外-可见光透射光谱、方块电阻、薄膜的结构和表面形貌.研究了氧分压对ITO薄膜性能的影响.实验结果表明,ITO薄膜随着氧分压的增加,薄膜紫外透射光谱的吸收截止边带向短波长方向漂移.随着氧分压的增大,ITO薄膜的方块电阻增加,结晶程度变好,晶粒尺寸变大.     

HfO2薄膜的反应离子刻蚀特性研究

研究了HfO2薄膜在CHF3/Ar和SF6/Ar等气体中的反应离子刻蚀机理.结果表明刻蚀气体的组分和射频偏压对刻蚀速率有较大影响,而气体流量影响不大.CHF3和SF6与HfO2的反应产物具有较好的挥发性,Ar的引入不仅可以打破分子之间的键合促进刻蚀产物的形成,而且通过轰击加快产物从材料表面解吸,从而提高HfO2刻蚀速率.AFM测量结果表明刻蚀降低了HfO2表面粗糙度,显示刻蚀工艺对材料的低损伤.     

直流磁控反应溅射制备IrO2薄膜

为研究氧化依（ＩｒＯ_２）对ＰＺＴ铁电薄膜疲劳性能的影响,利用直流（ＤＣ）磁控反应溅射（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）工艺成功地在ＳｉＯ_２／Ｓｉ（１００）衬底上制得了高度取向的ＩｒＯ_２薄膜．并在其上制成ＰＺＴ铁电薄膜．讨论了溅射参数（溅射功率、 Ａｒ／Ｏ_２比、衬底温度）以及退火条件对氧化铱薄膜的结晶、取向和形态的影响．     

氧氩流量比对ZnO薄膜的微结构及其发光特性的影响

在室温下,利用射频磁控反应溅射法分别在硅片和石英玻璃上制备ZnO薄膜。通过控制O2/Ar流量比,研究O2/Ar流量比对ZnO薄膜的微结构、表面形貌及其光致发光特性的影响。X射线衍射仪和原子力显微镜结果显示,当O2/Ar流量比为3∶4时,所得薄膜结晶度最佳,表面粗糙度为0.725 nm;荧光光谱显示,ZnO薄膜在波长407 nm附近出现紫光发光峰,该发光峰源于氧空位浅施主能级到价带顶的电子跃迁,发射强度随O2/Ar流量比的增加先减小后增加。     

退火温度对(La2/3Ba1/3)(Cu0.15Mn0.85)O3薄膜微结构和磁性质的影响

利用射频磁控溅射法结合后期退火处理,在Si(100)基片上制备了一系列的(La2/3Ba1/3)(Cu0.15Mn0.85)O3(LBCMO)薄膜.通过X射线衍射(XRD)、扫描隧道显微镜(STM)、X射线光电子能谱(XPS)、标准四探针法等手段对薄膜进行了相结构、微结构特征、表面化学状态以及室温与液氮下的磁电阻随磁场变化特性等的测试,结果表明薄膜在750℃就已形成正交钙钛矿结构,900℃时晶相变得更加完整,晶体内部各部分变得更加均匀.随着退火温度的升高,晶粒迅速长大,颗粒间的氧空位逐渐消失,晶格氧含量增加,促使低场磁电阻增强明显.     

调制比对C/C多层膜结构及性能的影响

考察了C(硬)/C(软)调制比对多层膜结构和性能的影响。采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术制备了C/C多层膜,通过Raman光谱对多层膜的结构进行了表征;用硬度计和销盘式摩擦磨损试验机测试了多层膜的硬度及摩擦学性能。结果表明:所制备的多层膜呈现类金刚石结构并具有良好的耐磨性,其摩擦系数均小于0.15;随多层膜中软膜比例的增大,薄膜中sp2簇的数量逐渐增多,薄膜显维硬度呈现下降趋势,多层膜的耐磨性能下降。     

氩气流量对四面体非晶碳膜结构和摩擦性能的影响

利用自主研制的45°单弯曲阴极电弧沉积系统,通过改变Ar流量(2,5以及10 ml/min),在p型(100)硅基底上制备了四面体非晶碳膜。借助表面轮廓仪测定薄膜厚度和粗糙度变化;采用X射线光电子谱获得薄膜微结构信息,利用残余应力仪和摩擦磨损试验机测定薄膜的内应力和摩擦学性能。实验结果表明:随Ar流量增加,薄膜的沉积速率降低,表面趋于光滑;薄膜中sp3含量由2 ml/min时的68%下降至10 ml/min时的55%;薄膜应力值随Ar流量的增大而减小,在10 ml/min处取得最小值;不同Ar流量条件下所制备薄膜的摩擦系数在0.024~0.045之间,且随Ar流量增加而增大。     

氮掺杂对SnO2薄膜光电性能的影响

SnO2薄膜具有透明导电的特性,因而被制成透明电极而广泛应用于平板显示器和太阳能电池中。研究表明,经掺杂的薄膜具有更优异的光电性能,然而传统的掺杂元素Sb,Te或F较为昂贵且有毒性,因此,掺氮将有望解决上述问题。本文利用反应射频磁控溅射法制备出不同氧含量的SnO2以及氮掺杂SnO2薄膜,并分析了薄膜的形貌结构及光电性能。结果表明:薄膜沉积过程中氧分压和氮掺杂对薄膜性能影响较大。在SnO2薄膜中,晶粒呈包状形态,随着氧分压的增加,晶粒取向从(101)转向(110)方向,晶粒尺寸逐渐变小,可见光透光率提升到80%以上,光学带隙增加到4.05 eV;在氮掺杂SnO2薄膜中,晶粒呈四棱锥形态,晶粒取向为(101)方向,随着氧分压的增加,可见光的透过率同样提升到80%以上,光学带隙增加到3.99 eV。SnO2薄膜和氮掺杂SnO2薄膜的电阻率最低分别达到1.5×10-1和4.8×10-3Ω.cm。     

溅射气压对碳化钒薄膜微结构与力学性能的影响

采用碳化钒靶的磁控溅射方法在不同的Ar气压下制备了一系列碳化钒薄膜,利用能量分析光谱仪,X射线衍射,扫描电子显微镜,原子力显微镜和微力学探针研究了气压对薄膜成分、相组成、微结构以及力学性能的影响。结果表明磁控溅射VC陶瓷靶可以方便地制备晶体态的单相碳化钒薄膜,并且溅射气压对薄膜的化学成分、相组成、微结构以及相应的力学性有较大的影响。在溅射气压为2.4~3.2 Pa的范围内,可获得结晶程度好和硬度与弹性模量较高的碳化钒薄膜,其最高硬度和弹性模量分别为28,269 GPa。低的溅射气压(0.32~0.9 Pa)下,所得薄膜结晶较差且硬度较低;过高的溅射气压(>4.0 Pa),薄膜的溅射速率降低,结晶变差,其硬度和弹性模量亦随之降低。低气压下薄膜碳含量较高和高气压下溅射原子能量降低可能是薄膜结晶程度降低的主要原因。     

真空热处理对CoFe薄膜结构及电磁特性的影响

在本底真空度优于5×10-4Pa的室温条件下,利用电子束蒸发方法沉积CoFe薄膜,研究了不同退火温度对CoFe薄膜结构和电磁特性的影响。样品采用热氧化Si为基片,在3×10-5Pa真空度下分别进行了150、280、330、450和500℃的60min退火处理。电阻率和磁电阻测量表明,450℃退火处理能够明显降低CoFe薄膜电阻率和提高磁电阻变化率,因为这时的X射线衍射谱显示CoFe薄膜的结构已明显改善。还发现沉积在热氧化Si基片上的CoFe薄膜(111)晶面面间距明显小于靶材相应晶面面间距,而退火处理会使薄膜(111)晶面面间距接近恢复到靶材。透射电镜对沉积态样品分析表明,样品呈多晶结构但结晶不太理想。振动样品磁强计(VSM)的磁特性测量发现,500℃真空退火处理,薄膜的矫顽力和饱和磁化强度都提高近一倍,分别由室温沉积态的2337 A/m和327 emu/cm3上升到退火后的4746 A/m和649 emu/cm3。     

硒化方式对CuInSe2薄膜结构、成分和形貌的影响

采用直流磁控溅射技术,首先在玻璃衬底上制备Mo薄膜,然后制备CuIn预制层。以固态硒粉为硒源,采用硒薄膜法和硒蒸气法两种硒化工艺,经过三步升温硒化方式对CuIn预制膜进行硒化制备CuInSe2薄膜。通过X射线衍射、能量散射谱和扫描电镜测试分析手段,分析CuIn预制膜和每一步硒化热处理后薄膜结构和形貌的变化。结果表明:两种方法硒化后均形成具有单一黄铜矿相结构的CuInSe2薄膜,薄膜具有(112)面择优取向,硒蒸气法形成的晶粒较大,但均匀性差。     

过渡金属Mn对SiC薄膜的结构和光学性能的影响

采用射频磁控溅射的方法在Si衬底上制备了掺Mn的SiC薄膜,用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜及荧光光谱等方法,对薄膜的结构、表面形貌、化学键状态和光学性能进行了研究。结果表明：掺Mn使SiC晶格发生畸变,X射线衍射峰强度下降,Si-C键振动减弱;同时,由于掺Mn后提供了更多的Si空位复合发光中心,SiC薄膜在近带边414nm处的室温光荧光峰增强为1．3倍。