SrTiO3薄膜的自组装生长

利用激光分子束外延技术在LaAlO3(100)单晶基片表面生长SrTiO3(STO)薄膜。通过反射式高能电子衍射原位实时监测STO薄膜自组装生长过程，采用原子力显微镜分析自组装生长演化过程，并利用X射线衍射分析薄膜结构及其生长方向。对不同生长条件下薄膜的生长的研究发现：在较低生长温度时，STO薄膜在(200)方向上以三维岛状模式进行生长，小岛在单位原胞尺度呈波浪状周期性排列，即出现自组装生长；而在较高的生长温度时，薄膜以层状模式进行生长自组装行为被抑止。并据此讨论了STO多元氧化物薄膜自组装生长条件及生长机理。     

异质外延MgO/SrTiO3薄膜中界面应力研究

本文利用激光分子束外延(LMBE)技术在SrTiO3(100)单晶基片上外延生长MgO薄膜，同时又在MgO(100)单晶基片上外延生长SiO3(STO)薄膜。通过反射高能电子衍射(RHEED)仪原位实时监测薄膜生长，研究薄膜的生长过程。并结合X射线衍射(XRD)仪来分析在不同的生长条件下，不同应力对薄膜外延生长的影响。在压应力情况下，MgO薄膜在STO基片上以单个晶胞叠层的方式生长，即以“Cubicon Cubic”方式进行外延；在张应力情况下，由于膜内位错较多，STO薄膜在MgO基片上以晶胞镶嵌的方式进行生长，即以“Mosaic”结构进行外延；提高生长温度，可以减少膜内位错，提高外延质量，使STO薄膜在MgO基片上以较好的层状方式外延生长。     

SrTiO3薄膜材料的高分辨率X射线衍射分析研究

本文应用高分辨X射线衍射(HRXRD+TAXRD)技术对外延生长的SrTiO3膜进行了分析,获得了有关该薄膜的晶体取向、衬底的结构特性以及弛豫态的点阵常数等信息,对今后改进SrTiO3系列样品生长工艺有重要的意义.     

α-Al2O3基片(0001)表面及其对ZnO吸附位置研究

建立了一种2×2α-Al2O3 (0001)基片表面吸附ZnO模型,在周期边界条件下的k空间中,采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法,对α-Al2O3 (0001)基片表面结构及其ZnO分子在表面最初吸附生长位置进行了计算研究.由于较大的表面弛豫,使得氧原子全部暴露于基片最外表面,明显地表现出O原子电子表面态;驰豫后的表面能对ZnO分子产生较强的化学吸附,表面电子结构将发生明显的变化,其表面最优吸附生长点的方位正好偏离α-Al2O3 (0001)表面氧六角对称30°;并计算了这些吸附生长点处Zn与表面O的结合能.     

同质外延钛酸锶薄膜的生长模式图谱

利用激光分子束外延技术在SrTiO3(100)单晶基片上同质外延生长SrTiO3铁电薄膜.通过反射高能电子衍射原位实时监测薄膜生长,结合原子力显微镜等表征手段,分析了薄膜的表面微观结构,确定了薄膜的生长模式.根据反射高能电子衍射强度振荡曲线及衍射图样,通过改变薄膜的生长条件,实现了对薄膜生长模式的控制,绘制了SrTiO3薄膜的生长模式图谱:在高温、低沉积速率时,薄膜以二维层状模式生长为主;而在低温、高沉积速率下,薄膜则以三维岛状生长模式为主.从二维模式生长向三维模式生长的过渡区则表现为层状和岛状混合的Stranski-Krastanov生长模式.系统研究了生长条件对生长模式的影响,发现生长温度是影响薄膜生长过程中Ehrilich-Schwoebel扩散势垒的主要因素,而扩散势垒和沉积速率的变化决定了生长模式的改变.     

YBCO外延薄膜的 afterglow plasma溅射生长

Y1Ba2Cu3O7-δ（YBCO)高温超导薄膜溅射生长所遇到的主要问题是负氧离子的反溅射效应。采用afterglow plasma溅射生长YBCO薄膜，有效地抑制了负氧离子的反溅射效应，从而生长出了超导性质优导的YBCO单晶薄膜，薄膜的临界电流密度Jc(77K,10GHz)＝206μΩ，薄膜（005）峰摇摆曲线半高宽（FWHM）为0．12^0。     

PLD方法制备CaCu3Ti4O12薄膜结构研究

采用脉冲激光沉积法(PLD)分别在LaAlO3(100)以及MgO(100)基片上,在不同的沉积温度下,制备具有体心立方类钙钛矿结构的CaCu3Ti4O12(CCTO)薄膜.在LAO基片上生长的CCTO薄膜,X射线衍射(XRD)分析表明沉积温度在680℃以上可以实现 (400)取向生长,740℃薄膜可以实现cubic-on-cubic的方式外延生长.原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析分别显示CCTO薄膜的表面平整,界面清晰.后位的反射高能电子衍射(RHEED)观察到CCTO薄膜的电子衍射图谱,为点状.在MgO基片上,由于薄膜与基片较大的晶格失配,通过生长具有(100)和(110)取向的LaNiO3(LNO)缓冲层,诱导后续生长的CCTO薄膜随着温度的提高,由(220)取向生长转变成(220),(400)取向生长.     

钛酸锶钡热释电薄膜及其非制冷红外探测器研究

开展了钛酸锶钡(BST)热释电薄膜材料制备工艺研究,及其在单元器件和焦平面器件中的应用研究.在删Pt/Ti/SiO2/Si衬底上,用倒筒靶射频溅射方法制备了BST热释电薄膜.通过低温缓冲层技术和调控自偏压的方法,降低了BST薄膜的生长温度,提高了BST薄膜的c轴取向度和耐压特性,解决了薄膜制备的均匀性和一致性问题,使薄膜热释电系数达到6.7×10-7Ccm-2K-1.利用微细加工的方法,制备出全集成的BST薄膜单元红外探测器,抗过载能力强,探测器达到8×107cmHz1/2W-1,可以满足"灵巧弹药"的使用要求.实验表明,制备BST热释电薄膜的工艺不会对新型的耐高温读出电路造成破坏,为研制高性能的BST薄膜型焦平面探测器奠定了基础.     

GaN基底上集成介电薄膜材料的生长方法研究

将以极化为特征、具有丰富功能特性的介电氧化物材料通过外延薄膜的方式,在半导体GaN上制备介电氧化物／GaN集成薄膜,其多功能一体化与界面耦合效应可推动电子系统单片集成化的进一步发展。然而,由于2类材料物理、化学性质的巨大差异,在GaN上生长介电薄膜会出现严重的相容性生长问题。采用激光分子束外延技术（LMBE）,通过弹性应变的TiO2的缓冲层来减小晶格失配度,降低介电薄膜生长温度,控制界面应变释放而产生的失配位错,提高了介电薄膜外延质量;通过低温外延生长MgO阻挡层,形成稳定的氧化物／GaN界面,阻挡后续高温生长产生的扩散反应;最终采用TiO2／MgO组合缓冲层控制介电／GaN集成薄膜生长取向、界面扩散,降低集成薄膜的界面态密度,保护GaN半导体材料的性能。所建立的界面可控的相容性生长方法,为相关集成器件的研发提供了一条可行的新途径。     

非制冷红外探测器用BST薄膜的制备与性能研究

利用传统陶瓷工艺制备出BST(65/35)倒筒靶,采用射频溅射法沉积薄膜.开展了对Pt/Ti/SiO2/Si基底热处理工艺与BST同质缓冲层研究,总结出了可以确保基底界面性能良好、BST薄膜结构致密的工艺方法.介电性能测试表明BST薄膜的介电常数约为60～70,介电损耗为1.5%～2.5%,居里温度为284K,介电温度系数(TCD)为0.5%.漏电流测试表明在1MV/cm电场下,漏电流密度为1.9×10-6A/cm2.