自支撑BaTiO3薄膜的制备与铁电性研究

BaTiO₃(BTO)铁电氧化物薄膜因其在非易失信息存储、智能传感、生物医疗、纳米发电机等领域潜在的应用而受到了人们的广泛关注。目前,为了保证BTO薄膜能高质量外延生长,通常选择晶格匹配的氧化物做衬底,所生长的薄膜与衬底之间存在较强的化学键,很难将其从衬底上大面积地剥离下来,所以也无法实现下一步转移到可用于高密度器件集成的的Si基衬底上。文章使用水溶Sr₃Al₂O₆(SAO)为牺牲层的方法,将生长在Nb-SrTiO₃(Nb-STO)衬底上的BTO外延薄膜可以大面积、无褶皱地转移到Si基衬底上。并且,转移后的自支撑薄膜仍然保持了完美的结晶度和室温铁电性。此结论对自支撑氧化物薄膜在高密度铁电器件的集成方面奠定了一定的基础。     

激光剥离技术制备GaN/metal/Si的结构和光学特性研究

采用激光剥离技术结合金属熔融键合技术将生长在蓝宝石衬底上的GaN外延层转移到Si衬底上.GaN和Si表面分别用电子束蒸发Al/Ti/Au和Ti/Au/In后,在氮气环境下200℃加压实现GaN和Si的键合.采用脉冲宽度30 ns、波长248 nm的准分子脉冲激光透过蓝宝石衬底辐照GaN薄膜,在脉冲激光能量密度为380 mJ/cm2的条件下将蓝宝石衬底剥离下来,实现GaN薄膜向Si衬底的转移.样品截面显微镜和扫描电镜(SEM)照片说明经过键合工艺形成了致密的GaN/Al/Ti/Au/In/Au/Ti/Si结构.对转移衬底后的GaN薄膜进行原子力显微镜(AFM)和光致发光谱(PL)测试,结果表明金属熔融键合和激光剥离工艺没有对GaN薄膜的结构和光学特性带来明显的不利影响.     

超声喷雾热解法生长氧化锌同质p-n结及其电致发光性能研究

采用超声喷雾热解法在单晶GaAs(100) 衬底上生长ZnO同质p-n结. 以醋酸锌水溶液为前驱体, 分别以醋酸铵和硝酸铟为氮(N)源和铟(In)源, 通过氮--铟(N-In)共掺杂沉积p型ZnO薄膜, 以未故意掺杂的ZnO薄膜做为n型层获得ZnO基同质p-n结. 采用热蒸发工艺在ZnO层和GaAs衬底上分别蒸镀Zn/Au和Au/Ge/Ni电极而获得发光二极管原型器件, 在室温下发现了该器件正向电流注入下的连续发光现象.     

氢离子注入GaAs晶片表面剥离机理

为了更深入的了解GaAs经氢离子注入后的剥离特性,实验研究了GaAs晶片经6×1016 /cm2剂量氢离子以不同能量注入,再经过不同温度和不同时间的退火过程后,晶片表面的剥离情况.研究表明:注入能量小的晶片较容易表面剥离,当注入能量大到一定程度,表面将不会出现剥离的现象;在相同的注入能量情况下,GaAs晶片的表面剥离随着退火温度的升高、退火时间的增加变得更加的显著.晶片在300 ℃下退火后,未发现有剥离现象,实验发现GaAs的临界剥离温度在300-400 ℃之间.研究结果有助于优化GaAs/Si异质结构材料的智能剥离制备工艺.     

喷雾热解法生长N掺杂ZnO薄膜机理分析

通过超声喷雾热解工艺,以醋酸锌和醋酸铵的混合水溶液为前驱溶液,在单晶Si(100) 衬底上制备了N掺杂ZnO薄膜,采用热质联用分析(TG—DSC—MS)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和霍耳效应(Hall-effect)测试等手段研究了喷雾热解工艺下N掺杂ZnO薄膜的生长机理、晶体结构和电学性能.结果表明,随衬底温度的不同,薄膜呈现出不同的生长机理,从而影响薄膜的晶体结构和电学性能.在优化的衬底温度下,实现了ZnO薄膜的p型掺杂,得到的p型ZnO薄膜具有优异的电学性能,载流子浓度为3.21×10¹⁸cm^-3,霍耳迁移率为110cm²·V^-1s^-1,电阻率为1.76×10^-2Ω·cm.     

金属铝表面制备氮化铝薄膜

日本理化学研究所与日本轻金属公司共同开发,在金属铝表面注入氮离子制成绝缘性的氮化铝薄膜。氮化铝导热性很好,是一种超大规模集成电路衬底的新材料,引人注目。采用该法能容易地在单晶铝板上制备单晶氮化铝,预料可将其作为衬底材料,而且提高了铝的硬度,还期待创出其他新用途。     

磁控溅射镍膜催化生长石墨烯及迁移表征

在Si/SiO2衬底上将磁控溅射镍膜作为催化剂,利用化学气相沉积制备了大面积连续的石墨烯薄膜,得到的石墨烯为1～15层.将石墨烯薄膜迁移到玻璃衬底和Si/SiO2衬底上,测量了薄膜的可见光透过率和薄膜电阻,并讨论了石墨烯作为透明导电电极在光电器件上的应用.     

日用ICB法制成C60单晶薄膜

日用ＩＣＢ法制成Ｃ６０单晶薄膜日本三菱公司采用ＩＣＢ法，在２０Ｃ下以白云母为衬底制成了Ｃ６０单晶薄膜，为半导体发展提供了一种新材料。所谓ＩＣＢ法是将原子或分子离子化，通过加电压使离子加速后，将其蒸镀到衬底上。使用ＩＣＢ法可使Ｃ６０分子规则排列，通过控...     

硅衬底GaN基LED研究进展

由于硅具有价格低、热导率高、大直径单晶生长技术成熟等优势以及在光电集成方面的应用潜力,GaN/Si基器件成为一个研究热点.然而,GaN与Si之间的热失配容易引起薄膜开裂,这是限制LED及其它电子器件结构生长的一个关键问题.近年来,随着工艺的发展,GaN晶体质量得到大幅度的提高.同时不少研究小组成功地在Si衬底上制造出LED.介绍了GaN薄膜开裂问题及近期硅衬底GaN基LED的研究进展.     

Sol-gel法制备LaNiO3/Bi4Ti3O12异质薄膜及性能研究

采用Sol-gel(溶胶-凝胶)法在Si衬底上制备LaNiO3/Bi4Ti3O12(LNO/BTO)叠层薄膜,并研究了不同退火温度下BTO薄膜的生长行为和铁电、介电性能.试验表明,与单晶Si直接作衬底制备的Bi4Ti3O12薄膜相比,引入过渡层LNO降低了Bi4Ti3O12薄膜与衬底的晶格失配度,减少了热应力和外应力,缓解了薄膜龟裂的现象,而且制备出的Ag/BTO/LNO/Si异质薄膜电容具有优良的介电性质.     

AlN/Si衬底上ZnO薄膜的择优取向生长

当ZnO薄膜直接沉积在Si衬底上时,由于ZnO与Si的晶格失配度大,不易于获得高质量的ZnO薄膜.因此,选择合适的衬底材料沉积ZnO薄膜,对提高其质量非常重要.本文采用射频磁控溅射法,通过在Si(100)衬底上预沉积AlN作为ZnO薄膜生长的缓冲层,获得了择优取向的ZnO薄膜.我们还讨论了ZnO薄膜在AlN/Si衬底上的取向生长机理.     

工程化衬底及其在将来微电子学中的作用

什么是工程化衬底 工程化衬底是一种可以生产且与Si生产程序兼容的（新）材料，利用这种衬底材料可以制造出用裸Si衬底不能制造的性能独特的“精细”产品，例如，它可将光子材料GaAs与高载流子迁移率MOSFET相集成——用新材料生产新IC。     

电子束蒸镀纳米TiO_2薄膜结构、相组成及亲水性研究

利用电子束蒸镀技术在石英玻璃和单晶Si〈100〉上制备了纳米TiO2薄膜,研究了衬底温度和退火温度对其结构、相组成和亲水性能的影响。结果表明,衬底温度为40~240℃时,石英玻璃上制备的薄膜为无定型TiO2,单晶Si〈100〉上制备的薄膜为弱结晶性的金红石TiO2,两类薄膜的亲水性均很差。退火温度显著影响薄膜的相组成及亲水性能。石英玻璃上不同衬底温度制备的TiO2薄膜经550,650℃退火后均转变为锐钛矿TiO2,具有很好的亲水性能。单晶Si〈100〉上不同衬底温度制备的TiO2薄膜经550~950℃退火后,均由金红石和锐钛矿TiO2混晶组成,且随退火温度升高,薄膜中锐钛矿TiO2含量逐渐增加;随退火温度升高,衬底温度为40℃时制备的TiO2薄膜的亲水性能逐渐降低,而衬底温度为240℃时制备的TiO2薄膜的亲水性能逐渐增强。     

Ti-Al共掺杂Si薄膜的光电性能增强机理研究

Ti超掺杂Si(Si:Ti)薄膜是通过脉冲激光的非平衡作用，在Si中掺入超固溶度3个数量级以上的高浓度Ti杂质形成。它摆脱了Si禁带宽度的限制，具有优异的亚带隙近红外(λ=1 100～2 500 nm)光吸收性能。通过真空电子束蒸发结合紫外纳秒激光熔融的方式，制备了Ti-Al共掺杂Si(Si:(Ti-Al))薄膜，以进一步提高薄膜的亚带隙近红外光吸收性能，更好地满足近红外器件的需求。研究结果表明，Si:(Ti-Al)薄膜的薄层电阻，由本征单晶Si衬底的10⁴Ω/square量级降低至10²Ω/square量级，与Si:Ti薄膜一致。但是，Si:(Ti-Al)薄膜在亚带隙近红外波段的吸光度，较本征单晶Si衬底平均提高了7倍，最大提高了一个数量级(λ=1 800 nm处);较Si:Ti薄膜平均提高了33%,最大提高了57.2%(λ=1 200 nm处)。表面形貌分析表明，Si:(Ti-Al)薄膜的二次激光加工降低了表面光反射。薄膜成分分析表明，Si:(Ti-Al)薄膜中存在TiSi₂和AlTi。TiSi₂     

n-BN/p-Si薄膜异质结的I-V特性

用射频溅射系统制备了BN薄膜,并且用离子注入的方法在BN薄膜中注入S,从而成功制备了n-BN/p-Si薄膜异质结,并研究了异质结的电学性质.注入S的BN薄膜是用13.56 MHz射频溅射系统沉积在p型Si(100)(5～6 Ω·cm)衬底上,靶材为h-BN靶(纯度为99.99%).离子注入时,注入离子的能量为190 keV,注入剂量为1015/cm2.对注入后的薄膜进行了退火处理(退火温度为600℃),用真空蒸镀法在异质结表面蒸镀了2 mm×5 mm的铝电极,以便测量掺杂后异质结的电学性质.实验结果表明离子注入掺杂后制备的n-BN/p-Si异质结的I-V曲线具有明显的整流特性,其正向导电特性的拟合结果表明异质结的电流输运符合"隧道-复合模型"理论.     

Ge基GaAs薄膜和InAs量子点MBE生长研究

采用分子束外延(MBE)法,在优化Ge衬底退火工艺的基础上,通过对比在(001)面偏<111>方向分别为0°、2°、4°和6°的Ge衬底上生长的GaAs薄膜,发现当Ge衬底的偏角为6°时有利于高质量GaAs薄膜的生长;通过改变迁移增强外延(MEE)的生长温度,发现在GaAs成核温度为375℃时,可在6°偏角的Ge衬底上获得质量最好的GaAs薄膜。通过摸索GaAs/Ge衬底上InAs量子点的生长工艺,实现了高效的InAs量子点光致发光,其性能接近GaAs衬底上直接生长的InAs量子点的水平。     

Si(100)衬底上PLD法制备高取向度AlN薄膜

采用脉冲激光沉积法(PLD),以KrF准分子为脉冲激光源,Si(100)为衬底,同时引 入缓冲层TiN和Ti_0.8Al_0.2N,制备了结晶质量优异的A1N薄膜,X射线衍射(XRD)及反射 式高能电子衍射(RHEED)分析表明A1N薄膜呈(001)取向、二维层状生长.研究发现,薄膜 的生长模式依赖于缓冲层种类,直接在Si衬底上或MgO／Si衬底上的A1N薄膜呈三维岛状生 长;而同时引入缓冲层TiN和Ti_0.8Al_0.2N时,A1N薄膜呈二维层状生长.此外,激光能量密 度大小对A1N薄膜的结晶性有显著的影响,激光能量密度过大,薄膜表面粗糙,有颗粒状沉积 物生成.在氮气气氛中沉积,能使薄膜的取向由(001)改变为(100).     

不同衬底上低温生长的ZnO晶体薄膜的结构及光学性质比较

采用电子束反应蒸发方法,在单晶Si（001）及玻璃衬底上低温外延生长了沿C轴高度取向的单晶ZnO薄膜,并对沉积的ZnO晶体薄膜的结构和光学性质进行了分析比较。通过对ZnO蒲膜的X射线衍射（XRD）分析及光致荧光激发谱（PLE）测量,研究了衬底材料结构特性、生长温度及反应气氛中充O2对ZnO薄膜的晶体结构和晶体光学吸收特性的影响。结果表明：①衬底温度对沉积的ZnO薄膜的晶体结构影响显,玻璃衬底上生长ZnO薄膜的最佳温度比Si(001)衬底上生长的最佳温度要高70℃;②虽在最佳生长条件下获得的ZnO薄膜的的XRD结果（半高宽和衍射强度）相近,但光学吸收特性有较大差异,Si(001)衬底上生长的ZnO薄膜优于玻璃衬底上生长的ZnO薄膜;③反应气氛中的O2分压对XRD结构影响不大,但对PLE谱影响显,充O2后能明显改善吸收边特性。     

衬底对PECVD法生长氢化纳米硅薄膜的影响

用等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)法,在玻璃和单晶Si衬底上分别制备了氢化纳米硅薄膜,对在相同工艺条件下的薄膜进行了对比研究,即用Raman散射谱研究了薄膜的晶粒平均大小和晶态比;用台阶仪测试了薄膜厚度;用X射线衍射谱和原子力显微镜对薄膜微结构和形貌进行了对比研究,发现所制备薄膜的微观结构有很大的差异。相同工艺条件下,在玻璃衬底上生长的薄膜,表面粗糙度小于单晶Si衬底上的薄膜,而晶化程度低于单晶Si衬底。掺杂使微结构发生了变化,掺P促进晶化,掺B促进非晶化,对此实验结果给出了定性的分析。     

新型硅基双异质外延SOI材料Si/γ-Al2O3/Si制备

异质外延法是目前制备新型SOI材料的技术途径之一。采用低压化学气相沉积技术(LPCVD)在硅衬底上先外延γ-Al2O3绝缘单晶薄膜，制备出硅衬底上外延氧化物外延结构γ-Al2O3/Si(EOS)，然后采用类似SOS薄膜生长的常压CVD(APCVD)方法在EOS上外延硅单晶薄膜，形成新型硅基双异质SOI材料Si／γ-Al2O3／Si。利用反射高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)及MOS电学测量等技术表征分析了Si(100)／γ-Al2O3(100)／Si(100)SOI异质结构的晶体结构、组分和电学性能。测试结果表明，已成功实现了高质量的新型双异质外延SOI结构材料Si(100)／γ-Al2O3(100)／Si(100)，γ-Al2O3与Si外延薄膜均为单晶，γ-Al2O3薄膜具有良好绝缘性能，SOI结构界面清晰陡峭，该SOI材料可应用于CMOS电路的研制。