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。     

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)。     

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。     

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.     

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。     

不同厚度分层沉积对多层NiFeCo/Ag薄膜GMR效应的影响

用射频磁控溅射法制备了调制周期分别为5 nm、10 nm、15 nm、20 nm的NiFeCo/Ag非连续多层膜.用俄歇能谱仪测量薄膜的成分,用原子力显微镜观测NiFeCo膜层及Ag膜层的表面形貌,用四探针法测量了溅射态的及在280℃、360℃、400℃退火后的多层膜的GMR值.结果表明:薄膜厚度越大,NiFeCo膜层及Ag膜层的表面粗糙度越大.在经各种不同温度退火后,具有[NiFeCo(10nm)/Ag(10nm)]×20结构的多层膜的GMR效应均比其它结构的多层膜的GMR效应强.退火温度也会影响多层膜的GMR值.经360℃退火后,在79.6 kA/m的外加饱和场下[NiFeCo(10nm)/Ag(10nm)]×20呈现出最强的巨磁电阻效应,其GMR值达到11%.     

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。     

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.     

用于Cu互连的Ta/Ti-Al集成薄膜的结构和阻挡性能

应用射频磁控溅射法在(001)Si衬底上制备了Cu(120nm)/Ta(5nm)/Ti-Al(5nm)/Si异质结,借助原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和四探针测试仪(FPP)等方法研究了Ta(5nm)/Ti-Al(5nm)集成薄膜用作Cu和Si之间阻挡层的结构和性能。研究发现,Cu/Ta/Ti-Al/Si异质结即使经受850℃高温退火后,样品的XRD图中也没有出现杂峰,表明样品各层之间没有发生明显的化学反应。相对于800℃退火的样品,850℃退火样品的表面均方根粗糙度急剧增大,同时方块电阻也增加了一个数量级,表明Ta(5nm)/Ti-Al(5nm)集成薄膜在850℃时,阻挡性能完全失效。由于Ta和Cu之间存在良好粘附性以及Ti-Al强的化学稳定性,Ta(5nm)/Ti-Al(5nm)集成薄膜在800℃以下具有良好的阻挡性能。     

退火对IrMn基自旋阀结构和磁性能的影响

采用高真空直流磁控溅射的方法制备了结构为//Ta(5nm)/Co75Fe25(5nm)/Cu(2.5nm)/Co75Fe25(5nm)/ Ir20Mn80(12nm)/Ta(8nm)的顶钉扎自旋阀多层膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM) 和振动样品磁强计(VSM)研究了退火对自旋阀的结构及磁性能的影响.结果表明:退火使得IrMn(111)织构减弱,表面/界面粗糙度在低温退火后增大,而较高温度退火后减小;退火后交换偏置场和被钉扎层矫顽力减小,而自由层矫顽力增加;退火后自旋阀多层膜交换偏置场随样品在反向饱和场下停留时间的增加而不发生变化.     

Fe的硫化物与TiO2复合薄膜的制备、结构与性质

用溶胶凝胶法制备了TiO2薄膜，用热分解Fe[CS(NH2)2]^2 法在TiO2薄膜表面制备了铁硫化合物颗粒。用XRD、SEM、TEM、EDS研究了退火温度、退火时间、初始溶液浓度、成膜厚度对铁硫化合物相组成与形貌的影响。结果表明。在550℃下退火的薄膜中。铁硫化合物以纯黄铁矿相(FeS2)存在。在400℃退火的薄膜中。Fe[CS(NH2)2]^2 首先分解成复硫铁矿(Fe3S4)．随着退火时间的增加逐渐转变成黄铁矿相与磁黄铁矿相(Fe1-xS)。TiO2膜是一层多孔膜。铁硫化合物覆盖在TiO2表面．颗粒尺寸随着初始溶液浓度减小从几个微米减小到十几个纳米；增加成膜厚度、退火时间，会使铁硫化合物的形貌按颗粒→岛(直径超过5μm的团聚物)一层的趋势变化。样品在可见光区光吸收率随着初始溶液浓度、退火时间、成膜厚度的增加而增加。     

MgO/Pd底层对CoSiB/Pd多层膜垂直磁各向异性及热稳定性的影响EI北大核心CSCD

采用磁控溅射方法在玻璃基片上制备以MgO/Pd为底层的CoSiB/Pd多层膜样品,研究MgO底层厚度t对CoSiB/Pd多层膜垂直磁各向异性(perpendicular magnetic anisotropy,PMA)的影响,分析具有MgO/Pd底层的多层膜的热稳定性。通过对样品的反常霍尔效应的测试分析发现,底层中引入MgO层能够提高其PMA性能,当t为3.5 nm时,样品的矩形度最好。对最佳样品MgO(3.5 nm)/Pd(3 nm)/[CoSiB(0.5 nm)/Pd(0.8 nm)]2/Ta(2 nm)的磁滞回线进行测试,其有效磁各向异性常数K eff达到2.0×10^5 J/m^3。热稳定性分析发现,当退火温度为200℃时,样品的K eff达到最大值2.6×10^5 J/m^3;当退火温度达到400℃时,样品仍能保持良好的PMA性能。     

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。     

电子束退火制备二硼化镁超导薄膜的可行性研究

提出了电子束退火制备MgB2超导薄膜新工艺。在对电子束退火制备MgB2超导薄膜可行性进行理论研究的基础上,使用EBW-6型电子束热处理设备,在真空度5.0×10-3Pa、加速电压40 kV、束流2mA、束斑14.2mm、退火时间1.5 s的条件下对[B(10 nm)/Mg(15 nm)]4/SiC夹层结构前驱膜进行了退火实验,得到了零电阻温度为30.3K、转变宽度ΔTc为0.4K、临界电流密度(5 K、0 T)为5.0×106A/cm2、表面平整的MgB2超导薄膜。证明了电子束退火制备MgB2薄膜是切实可行的。该工艺可以推广到大面积MgB2超导薄膜和MgB2线带材的制备。     

CoSiB/Pt多层膜垂直磁各向异性及热稳定性

采用磁控溅射方法在单面附有300 nm SiO2的单晶硅基片上制备了以Pt为底层的CoSiB/Pt多层膜样品.CoSiB/Pt层周期数确定为2,对样品底层厚度及周期层厚度进行调制,根据反常霍尔效应系统地研究了CoSiB/Pt多层膜垂直磁各向异性(perpendicular magnetic anisotropy,PMA)及薄膜的热稳定性.通过对这些参数的调节获得了具有良好垂直磁各向异性的最佳多层膜样品结构Pt(1)/[CoSiB(0.5)/Pt(1)]2,底层Pt和周期层中CoSiB,Pt的最佳厚度分别为1,0.5 nm和1 nm.对最佳样品进行XRD图谱分析,磁滞回线测量以及一系列退火处理.结果表明,样品具有明显的(111)CoPt衍射峰,形成了较好的(111)织构,界面耦合增强,结晶度较好,计算出样品的有效磁各向异性常数Keff达到5.11×104 J·m-3,样品具有良好的PMA;当退火温度为200℃时,样品的CoPt(111)峰强度显著增强,界面形成了较强的(111)织构,Keff达到最大值1.0×105J·m-3,当退火温度不超过400℃时,样品仍能保持良好的PMA.多层膜样品结构Pt(1)/[CoSiB(0.5)/Pt(1)]2具有良好的PMA和热稳定性,且合适的退火温度有利于提高样品的PMA.     

退火对Fe（200nm）／Si系统中硅化物的形成和微结构的影响

采用直流磁控溅射方法,在Si（100）衬底上沉积厚约200nm纯金属Fe膜,随后在真空退火炉中不同退火条件下对样品进行热处理,形成Fe—Si化合物薄膜,利用X-射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对Fe—Si化合物进行表征分析,研究了退火条件对厚膜系统中Fe—Si化合物薄膜的形成、晶体结构和表面形貌的影响。     

锗/石墨/硅薄膜结构的制备及其性质分析

利用磁控溅射技术在单晶硅衬底上制备出具有Ge/石墨/Si结构的薄膜样品,然后把其放入快速热退火(RTA)炉中退火。扫描电子显微镜(SEM)测试表明,石墨过渡层的引入缓解了Si、Ge之间的晶格失配和热失配。X射线衍射(XRD)分析表明450℃是Ge薄膜晶化的临界衬底温度,750℃是使Ge薄膜RTA晶化程度明显提高的临界退火温度,30s是最佳退火时间。     

棒状氧化镓的合成和发光性质研究

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上先溅射Mo中间层,再溅射Ga2O3薄膜,然后在氨气中退火合成了大量的一维棒状β-Ga2O3.X射线衍射、选区电子衍射和能量弥散谱的分析结果表明,制备的样品为β-Ga2O3.利用扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜观察发现,合成的棒具有直而光滑的表面,其直径在70～200nm左右.室温光致发光谱显示出两个较强的蓝光发射.另外,简单讨论棒状β-Ga2O3的生长机制.     

β-FeSi_2材料的高压-热处理合成研究

采用高压技术结合热处理成功地获得了β-FeSi2材料。采用X射线衍射仪分析了退火时间等实验参数对Fe-Si合金相变的影响,借助扫描电子显微镜考察了样品退火后的微观形貌。结果表明在850℃的条件下保温保压30min后淬冷,生成以α-FeSi2、ε-FeSi为主的Fe-Si金属间化合物,随着热处理时间延长β-FeSi2逐渐增多。