磁控溅射镍膜及其性能的研究

采用磁控溅射法在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上制备了镍薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)分析溅射功率、溅射真空室气压等工艺参数对镍薄膜表面形貌的影响;研究了溅射工艺参数与薄膜性能之间的关系。实验结果表明,在室温下,随着溅射气压的增加,沉积速率和粒径都是先增加后又逐渐变小,而薄膜的电阻则随着压强的增大先减小后逐步增大;薄膜的表面粗糙度随着溅射功率的增加而增大;膜层与基材的剥离强度较大且均匀,膜层结合较为牢固,薄膜的耐摩擦性能较为优良。     

NiFe层溅射气压对顶部钉扎NiFe/FeMn薄膜静态磁性能的影响

用直流磁控溅射制备了系列Ta/NiFe/FeMn/Ta薄膜样品。利用振动样品磁强计(VSM)、X射线衍射(XRD)等手段研究了溅射气压对NiFe层交换偏置场、矫顽力、截止温度的影响。结果表明,交换偏置场随NiFe层溅射气压和NiFe层厚度的增加均减小;在较低的NiFe层溅射气压下,可以获得具有较高交换偏置场He和较低矫顽力Hc的样品;截止温度Tb随着NiFe层溅射气压的减小而增高。通过对比研究0.8Pa、0.4Pa、0.2PaNiFe层溅射气压下NiFe/FeMn薄膜的静态磁性及微结构变化,发现以上现象是由于在较低的溅射气压能够获得较好织构的NiFe(111),进而诱导出较好取向的FeMn(111)。取向良好的NiFe/FeMn薄膜产生较大的交换偏置场和较小的矫顽力及更高的截止温度。     

预拉伸量对倾斜溅射制备的柔性CoFeB薄膜性能的影响

通过在单向预拉伸开的聚二甲基硅氧烷(PDMS)上倾斜溅射CoFeB获得柔性CoFeB薄膜,采用光学显微镜、原子力显微镜(AFM)、振动样品磁强计(VSM)、矢量网络分析仪等表征其结构形貌和磁性能.结果表明,柔性CoFeB薄膜具有周期性的褶皱表面形貌,其横切面类似于正弦曲线,可用正弦曲线的波长和振幅来对薄膜的表面形貌进行描述.同时,该薄膜表现出单轴磁各向异性,易磁化方向垂直于预拉伸方向,且各向异性场的大小与预拉伸量相关.该磁各向异性来自于周期性的表面形貌和倾斜溅射.此外,该薄膜具有优良的高频磁性能,其起始磁导率和铁磁共振频率都与预拉伸量相关.这种具有周期性表面形貌的柔性CoFeB薄膜有望应用于柔性微波磁性器件中.     

射频磁控反应溅射氧化硅薄膜微结构和电击穿场强研究

采用射频磁控反应溅射法在单晶硅片上制备了氧化硅(SiOx)薄膜,分析了薄膜的主要成分,研究了制备工艺对薄膜表面形貌和电击穿场强的影响.结果表明:薄膜的主要成分为氧化硅(SiOx);退火前后,薄膜的表面粗糙度由原来的1.058nm下降至0.785nm,峰与谷之间的高度差由原来的7.414nm降低至5.046nm;薄膜的电击穿场强随溅射功率的增加先增大后减小,通过800℃/100 s的快速热退火,在各种射频功率下制备的薄膜电击穿场强都有明显升高.薄膜的绝缘性能显著增强.     

基片温度对Fe-N化合物薄膜制备及磁性能的影响

用X射线衍射仪和振动样品磁强计研究了双离子束溅射法制备的Fe—N薄膜的相组成和磁性能。结果表明,基片温度对不同基片上制得的薄膜的结构和磁性能有显著影响。基片温度为250℃和300℃时,在(111)硅片基片上制得无晶粒择优取向的单—γ″—Fe4N相;基片温度为160℃时,可在玻璃基片上制得具有(100)面晶粒取向的单一γ′—Fe4N相薄膜。薄膜磁性测量表明,与无晶粒择优取向的γ′—Fe4N相比较,具有(100)面晶粒取向的γ′—Fe4N相的矫顽力较低,易达到磁饱和,但二者的饱和磁化强度基本一致。     

NiO插层和基片温度对超薄坡莫合金薄膜各向异性磁电阻的影响

利用多靶磁控溅射系统在康宁玻璃基片上制备了Ta(4nm)/NiO(t)/Ni81Fe19(20nm)/NiO(t)/Ta(3nm)系列坡莫合金薄膜样品,研究了NiO插层厚度、基片温度对其各向异性磁电阻和微结构的影响。利用四探针技术测量薄膜样品的各向异性磁电阻比(AMR),利用X射线衍射仪(XRD)分析样品的相结构,用原子力显微镜(AFM)分析样品的表面形貌。结果表明,由于NiO插层的"镜面反射"作用,选择适当厚度的NiO插层能够大幅度提高坡莫合金薄膜各向异性磁电阻比和磁场灵敏度。对于厚度为20nm的Ni81Fe19薄膜,当基片温度为450℃时,通过插入4nm厚的NiO插层可使AMR值达到5.01%,比无NiO插层时提高了40%。     

PVP辅助制备NiO薄膜及其钙钛矿太阳电池性能

采用NiO薄膜作为空穴传输层,PCBM作为电子传输层,制备了电池结构为ITO/NiO/CH3NH3Pb I3/PCBM/Ag的钙钛矿太阳电池。研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)含量对NiO薄膜的结构、形貌、光学性能的影响,进而考察了其对NiO基钙钛矿太阳电池性能的影响。研究表明:添加PVP一方面会导致NiO薄膜的形貌起伏,另一方面会使薄膜的透光率下降,这两个因素分别对电池性能起到正反两方面的作用。比较而言,NiO薄膜结构起伏可以有效增加钙钛矿薄膜的覆盖率和成膜质量,对提高电池整体性能的影响较大。当PVP含量为1.0%(原子分数)时,电池性能最优,开路电压和短路电流分别提高了14%和77%,使得转换效率提高了108%,达到3.61%。     

基于元胞自动机的磁性薄膜生长模拟

基于原子嵌入法,用元胞自动机方法模拟了Co(密排六方结构)薄膜的生长.仿真中引入了溅射原子的沉积、迁移扩散和再蒸发三个主要的过程.发现溅射功率和基底温度对薄膜表面所形成岛核的形态影响很大,定量计算了变化温度下岛的原子扩散速率以及当溅射功率和基底温度变化时岛的均匀度.给出了对于实验有指导意义的结论.     

室温无反应磁控溅射法制备ZAO导电薄膜及其特性研究

以氧化铝(Al2O3)掺杂的ZnO陶瓷靶材为基础,室温下采用无氧直流磁控溅射法在载玻片衬底上制备了ZnO∶Al(ZAO)透明导电薄膜,研究了不同的Al2O3掺杂量对薄膜微观结构、电阻率和透光率性能的影响。结果表明:掺杂量大于1%(质量分数,下同)的薄膜均呈c轴择优取向生长,薄膜致密无裂纹,具有光滑表面;掺杂量对薄膜的电阻率影响显著,当掺杂量为3%时,薄膜的电阻率最小,仅为7.4×10-3Ω.cm;掺杂量对薄膜的透光性无明显影响,不同掺杂量的薄膜在可见光区的平均透光率接近90%。     

制备条件对ScYSZ薄膜形貌的影响及其生长模型

采用溶液旋涂法在石英基体上制备了氧化钇氧化钪共稳定氧化锆(ScYSZ)阻挡层薄膜，对前驱体的热分解过程进行了分析，并研究了基体温度和热处理温度对薄膜形貌的影响，在此基础上揭示了前驱体溶液结晶形核生长的过程。结果表明：前驱体在580℃完全分解。不同温度基体上薄膜的表面形貌表明，降低基体温度有利于晶体形核生长。薄膜经不同温度热处理后的表面形貌显示，热处理促进晶体生长与再结晶。在氧化钆掺杂氧化铈(GDC)电解质基体上制备了致密的ScYSZ薄膜，证实了晶体形核生长的规律。     

膜厚对FePt薄膜择优取向生长和磁性能的影响

采用直流磁控溅射的方法在Si基片上制备了FePt薄膜,研究了膜厚对FePt薄膜结构与磁性能的影响。结果表明:在600℃热处理1 h,FePt薄膜由无序的面心立方相向有序的面心四方相的转变基本完成;随着膜厚减小至40 nm,在没有缓冲层、不使用有取向衬底、不对基片加热的情况下,表现出明显的(001)择优取向,但膜越薄表面越容易出现空洞。磁性能测试表明,越薄的FePt薄膜的矫顽力越大,40 nm厚的薄膜的矫顽力可达到～15.9 kOe。膜厚的减小对FePt薄膜的择优取向生长和磁性能具有较大的提升作用。     

化学气相生长单晶磁性氧化物薄膜

在非磁性基片上可以用化学气相沉积工艺生长尖晶石和柘榴石磁性氧化物单晶薄膜。这种工艺是在高温下挥发性金属化合物与气态氧化剂在基片表面上发生化学反应而形成固态薄膜。可以控制磁矢量相对于膜面的取向、薄膜成分和表面条件。影响外延生长与晶体质量的因素有:基片晶体与薄膜之间结构的相似性、化学反应条件、沉积温度、晶体生长速度、薄膜与基片相对膨胀特性等。在800°～1100℃温度范围以MgO、Al_2O_3和MgAl_2O_3单晶作基片生长了各种铁氧体膜,膜面有(100)、(110)和(111)三种,厚度为0.5～50微米。得到的饱和磁化强度、各向异性常数及谐振线宽与同一成分的块状晶体的数值相近。     

溅射功率对Sn薄膜负极材料循环性能的影响

采用磁控溅射法分别在150、250、400 W功率下制备了3种锂离子电池用Sn薄膜负极材料.通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、恒电流充放电对3种薄膜材料的结构、形貌及循环性能进行了表征.实验结果表明,随着溅射功率增加,薄膜的非晶成分减少,晶化加剧,颗粒粗化.在相同溅射时间20 min的情况下.当溅射功率为250 W时,获得的Sn薄膜电极具有最好的循环性能,首次嵌锂容量为653.8 mAh/g,30次循环后容量维持在515mAh/g.容量保持率达79%.     

CoO制备及作为锂离子电池负极电化学性能

采用电解法和水热法合成了具有不同形貌的Co(OH)2前驱物,再经过氩气下烧结后分别制备成球形和六边形形貌的CoO颗粒。其中,电解法制备的CoO呈球形颗粒形貌,颗粒尺寸在140～180 nm。水热法制备的CoO呈六边形薄片形态,片状尺寸为500～600 nm。由于在CoO的六边形薄片形态中,面心立方结构的高密度(111)晶面呈现六边形大表面,故在电化学充放电过程中表现出更多的活性点与较高反应活性。当作为锂离子电池负极材料时,导致六边形薄片的CoO具有呈现出较高的初始容量和良好的稳定性。     

基片温度对Ni_(81)Fe_(19)薄膜磁性能的影响

采用电子束蒸发法在Si(111)基片上制备厚度约为100nm的Ni81Fe19薄膜,研究了基片温度对薄膜微观结构及磁性能的影响。结果表明,随着基片温度的升高,Ni81Fe19薄膜(111)衍射峰逐渐锐化,衍射峰强度显著增强,薄膜晶粒逐渐长大;薄膜的饱和磁化强度(Ms)及面内矫顽力(Hc)随基片温度的升高均逐渐增大;随着基片温度的升高,薄膜在9GHz下的共振场(Hr)呈单调降低的趋势,而铁磁共振线宽(ΔH)则先减小后增大最后基本保持不变。当基片温度为100℃时,薄膜铁磁共振线宽具有最小值ΔH=7.44kA/m(9GHz)。     

聚酰亚胺/纳米有机硅薄膜结构与电性能研究

通过调整甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比,采用溶胶-凝胶法制备了纳米有机硅溶胶用于掺杂的聚酰亚胺(PI)薄膜。对薄膜的结构与电气强度,相对介电常数εr和介质损耗因数(tanδ)的关系进行了实验研究,并采用FT-IR,SEM表征了薄膜的化学结构和表面形貌。结果表明,随着纳米有机硅网络结构的变化,掺杂薄膜的击穿场强先下降后增加,大约在甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比为3∶5时出现极小值,在1 kHz的测试频率下,相对介电常数εr先增大后减小,相应的介质损耗因数(tanδ)逐渐降低。     

锌单晶体(002)和(100)晶面的电化学行为

用塔菲尔曲线外推法、循环伏安法以及充放电法分别研究了锌多晶体电极、锌单晶体(002)晶面电极和(100)晶面电极在6.0 mol/L的KOH溶液中的电化学行为.结果表明:在6.0 mol/L的KOH溶液中,锌多晶体电极、锌单晶体(002)晶面电极和(100)晶面电极的腐蚀速度依次减小;锌单晶体电极可逆性更优;充放电循环过程中,在锌多晶体电极表面比锌单晶体电极表面更易生长枝晶.     

溅射功率对M型钡铁氧体薄膜磁性能的影响

采用射频磁控溅射法制备了c轴垂直膜面取向的M型钡铁氧体(BaM)薄膜,研究了溅射功率对BaM薄膜取向及磁性能的影响。结果表明,在溅射功率为80W、110W、140W和170W时所制备的BaM薄膜均具有一定程度的c轴垂直膜面取向,但溅射功率的增高会造成薄膜内晶粒取向混乱,导致薄膜磁晶各向异性降低;当溅射功率为140W时,薄膜具有最高饱和磁化强度(Ms)303kA/m和最小面外方向矫顽力(Hc⊥)191kA/m;适当低的溅射功率更有利于制得磁晶各向异性强的薄膜。     

溅射功率对Sb薄膜负极材料循环性能的影响

采用射频磁控溅射法分别在100、200、300 W和400 W功率下制备了4种锂离子电池用Sb薄膜负极材料.通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、电感耦合等离子体光谱分析法(ICP)、恒电流充放电对4种薄膜材料的结构、形貌及循环性能等进行了表征.实验结果表明,随着溅射功率增加,Sb薄膜晶化程度加剧,结晶趋于完整,颗粒粗化.在相同溅射时间30 min的情况下,当功率为300 W时,获得的Sb薄膜电极具有最好的循环性能,首次嵌锂比容量达640 mAh/g,20次循环后比容量维持在323 mAh/g,容量保持率为51%.     

高压方波脉冲对聚酰亚胺薄膜表面形貌的影响

为了研究高频脉冲电压下绝缘材料的老化、失效机理,给变频电机绝缘结构设计提供理论基础,在高频脉冲方波条件下,对纳米和非纳米聚酰亚胺薄膜进行了不同频率和不同时间的老化及局部放电测试:通过扫描电镜研究对比了老化对2种薄膜表面及横截面形貌的破坏情况;分析比较了频率对2种薄膜局部放电参量(起始放电电压,平均放电量和放电次数)的影响。结果表明:老化后2种薄膜的表面形貌都发生了明显改变,但由于添加纳米粒子使2种薄膜破坏情况完全不同;气隙表面电导率对局部放电有很大影响,无机纳米填充使非纳米聚酰亚胺薄膜产生大量界面,改善了材料的电导率,更加容易产生局部放电初始电子。