非制冷红外探测器多孔硅绝热层的研究

以多孔硅作为绝热层材料,采用超高真空对靶磁控溅射镀膜法,在多孔硅样品表面和硅基底表面沉积氧化钒薄膜。实验采用电化学腐蚀法制备多孔硅,利用场致发射扫描电子显微镜观测了孔隙率为50%,60%,70%三个多孔硅样品的微观形貌。利用显微喇曼光谱法测量其热导率,分别为8.16,7.28和0.624W/mK;利用纳米压入仪测量氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量,测得沉积在孔隙率为50%,60%,70%的多孔硅基底上氧化钒薄膜的显微硬度分别为1.917,0.928和0.13GPa,杨氏模量分别为31.087,16.921和2.285GPa,而沉积在单晶硅基底的氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量分别为10.919GPa和193.792GPa,并分析了微观结构差异对多孔硅绝热性能和机械性能的影响,为非制冷红外探测器的工艺制作过程提供一定的热学力学参数。     

非制冷红外探测器多孔硅绝热层的研究

以多孔硅作为绝热层材料，采用超高真空对靶磁控溅射镀膜法，在多孔硅样品表面和硅基底表面沉积氧化钒薄膜。实验采用电化学腐蚀法制备多孔硅，利用场致发射扫描电子显微镜观测了孔隙率为50%，60%，70%三个多孔硅样品的微观形貌。利用显微喇曼光谱法测量其热导率，分别为8.16，7.28和0.624W/mK；利用纳米压入仪测量氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量，测得沉积在孔隙率为50%，60%，70%的多孔硅基底上氧化钒薄膜的显微硬度分别为1.917，0.928和0.13GPa，杨氏模量分别为31.087，16.921和2.285GPa，而沉积在单晶硅基底的氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量分别为10.919GPa和193.792GPa，并分析了微观结构差异对多孔硅绝热性能和机械性能的影响，为非制冷红外探测器的工艺制作过程提供一定的热学力学参数。     

室温相变氧化钒薄膜的制备及其CO2激光毁伤试验

军事目标的抗强激光毁伤是亟待解决的热点难点问题,利用氧化钒的相变特性进行激光防护是当前这一领域的热点之一。本文采用直流磁控溅射加后续热处理的方法在普通玻璃基底上制备了氧化钒薄膜,通过测量其电阻温度特性曲线来观测其相变特性,并利用功率为8.9 W、光斑直径为4.4 mm的二氧化碳连续激光分别照射用作基底的普通玻璃和制备的相变氧化钒薄膜样品进行激光毁伤试验。试验数据显示该薄膜的相变温度约为30°C,薄膜的双向光谱反射率在相变前后分别为13.48%和76.4%,用作基底的玻璃在激光照射7.5 s后破碎,而制备的薄膜样品在照射38 s后才破碎。这表明本文制备的室温相变氧化钒薄膜在相变后具有高反射特性,从而具有一定的抗强激光毁伤能力。     

多孔硅纵向孔隙率与残余应力分布的研究

利用电化学方法在p型重掺杂单晶硅(100)基体上制备了多孔硅薄膜,通过质量计算法得到多孔硅的孔隙率,并研究了多孔硅孔隙率随腐蚀深度变化的规律。利用显微拉曼光谱技术对多孔硅纵切面上的残余应力进行了测量,结果表明,多孔硅的孔隙率随腐蚀时间/深度的增加有先增加后减少的趋势;多孔硅纵向上存在拉伸残余应力,拉伸应力的分布与纵切面上孔隙率的分布成正比,先增大,再减小;到达多孔硅与基体硅的界面处时,拉伸应力减小为零,靠近硅一侧,转变为压应力;残余应力的最大值出现在临近多孔硅表面以下的区域。这主要与多孔硅制备过程中孔内HF酸浓度的降低和硅/电解液表面的电偶层有关。     

磁控溅射功率对光学氧化钒薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射法制备氧化钒(VOx)薄膜,研究溅射功率对氧化钒薄膜结构、光学及力学性能的影响。利用表面轮廓仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、分光光度计、椭偏仪及纳米压痕仪分析在不同溅射功率下制备的氧化钒薄膜的沉积速率、物相结构、表面形貌、紫外-近红外光透射率、折射率、吸光度以及硬度和弹性模量。结果表明,各功率参数下沉积的氧化钒薄膜的光透射率基本都大于80%,属于弱吸收透明膜。随溅射功率的增大,薄膜的沉积速率、硬度和可见光范围内的折射率都单调增大,而表面粗糙度则出现先增大后减小的变化。溅射功率对薄膜的晶体结构也有一定的影响。     

高调制度光致相变特性氧化钒薄膜太赫兹时域频谱研究

基于太赫兹(THz)时域频谱技术研究了飞秒激光激发下氧化钒纳米薄膜的光致绝缘体-金属相变特性。利用直流磁控溅射法在不同条件下制备了一系列蓝宝石基底上的氧化钒薄膜,通过测量薄膜发生光致相变后太赫兹波的透射率来评估成膜质量,得出在溅射时间60min不变的情况下,退火时间和退火温度分别为60s和560℃时可以得到性能非常良好的氧化钒薄膜。在上述最佳条件下制备的氧化钒薄膜的相变深度可达80%。利用薄膜近似计算了太赫兹波段氧化钒薄膜在光致相变过程中电导率的变化,计算结果表明电导率实部在103Ω-1·cm-1量级,并基于Drude模型得到了金属态氧化钒薄膜的复介电常数以及复折射率。在绝缘衬底上制备的具有明显阈值激发功率且相变深度大的氧化钒薄膜将在太赫兹调制器件中有重要应用。     

HfO2-SiO2混合膜力学性能

利用离子辅助电子束双源共蒸发工艺方法,制备了SiO2掺杂含量分别为0、13%、20%、30%、40%和100%的六组HfO2-SiO2混合膜。采用纳米压痕法测量了不同组分混合膜的杨氏模量和硬度,并研究了混合膜杨氏模量和硬度随SiO2含量增长的变化规律。结果显示,随着SiO2含量增加,混合膜杨氏模量和硬度均减小,双组分复合材料并联模型可以较好地拟合杨氏模量随混合膜SiO2含量变化关系。为了解释混合膜力学性能随SiO2含量变化规律,对混合膜进行了XRD测试,研究了混合膜微观结构与杨氏模量和硬度的关系,发现结晶对硬度影响显著,对杨氏模量影响较小;用Zygo干涉仪测量了样品的面形,获得了薄膜残余应力随SiO2含量的变化规律,表明SiO2掺杂能减小HfO2薄膜压应力。     

选区激光熔化成形多孔铝合金的显微组织及微观力学性能研究

选区激光熔化(SLM)技术是一种典型的快速成形技术,使用高能激光束熔化金属粉末,逐层堆积,直接成形复杂高性能金属零部件。为了对SLM成形多孔铝合金的性能进行研究,利用扫描电子显微镜、能量色散X射线荧光光谱、纳米压痕等测试手段分析了多孔铝合金的表面形貌、孔隙率、显微组织、相组成及微观力学性能。结果表明,激光功率为130 W时,孔隙率达到最大,多孔合金的显微组织细化,晶粒尺度达到纳米级别;激光功率变化对多孔铝合金的纳米硬度影响较大,但对弹性模量的影响不明显,其中α-Al相的弹性模量约为65 GPa,α-Al+Si共晶组织相的弹性模量约为85 GPa。     

显微拉曼光谱法对多孔硅热导率的研究

多孔硅优良的热学性能使其成为MEMS领域新兴的热绝缘材料。文中采用一种简便且无损的多孔硅热导率测量技术——显微拉曼光谱技术对电化学腐蚀法制备的不同孔隙率和厚度的多孔硅试样热导率进行了测量,结果表明在多孔硅的拉曼谱峰位置与其温度间存在线性对应关系。在所有样品中,厚度为110μm空隙率为65%的多孔硅显示出最好的绝热性能,其热导率为0.624W/mK。且随多孔硅孔隙率和厚度的减小,其热导率有迅速增加的趋势(厚度和孔隙率为9μm和40%时,其热导率升至25.32W/mK)。     

ZnS/PS复合体系的白光发射

用电化学方法制备了一定孔隙率的多孔硅(PS)样品,然后用脉冲激光沉积(PLD)法以多孔硅为衬底生长一层ZnS薄膜.ZnS的带隙较宽,对可见光是透明的,用适当波长的光激发,PS发射的橙红光可以透过ZnS薄膜,与ZnS的蓝绿光相叠加,得到了可见光区较宽的光致发光带,呈现较强的白光发射.用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了ZnS薄膜的结构性质.结果表明,沉积的ZnS薄膜结晶质量较差,薄膜表面起伏不平,这是由于衬底PS的表面不平整所致.     

ZnS/PS复合体系的白光发射

用电化学方法制备了一定孔隙率的多孔硅(PS)样品,然后用脉冲激光沉积(PLD)法以多孔硅为衬底生长一层ZnS薄膜.ZnS的带隙较宽,对可见光是透明的,用适当波长的光激发,PS发射的橙红光可以透过ZnS薄膜,与ZnS的蓝绿光相叠加,得到了可见光区较宽的光致发光带,呈现较强的白光发射.用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了ZnS薄膜的结构性质.结果表明,沉积的ZnS薄膜结晶质量较差,薄膜表面起伏不平,这是由于衬底PS的表面不平整所致.     

氩气对类金刚石薄膜性能的影响

为了探究氩气流量对含氢类金刚石薄膜(a-C:H)性能的影响规律,采用射频等离子体增强化学气相沉积(RFPECVD)技术,以正丁烷(C4H10)为反应物,在硅基底上沉积含氢类金刚石薄膜,通过改变氩气的流量分析氩气含量对含氢类金刚石薄膜性能的影响。红外光谱、表面粗糙度、硬度及热稳定性的测试表明,随着氩气流量的增加,降低了氢在类金刚石薄膜中的相对含量,在一定程度上增加了薄膜表面粗糙度,表面粗糙度由Ra=3.732 nm增加到Ra=8.628 nm,降低了薄膜的硬度,薄膜的硬度由23 GPa降低到20 GPa,对类金刚石薄膜的热稳定性几乎无影响,但薄膜的应力从-1.8 GPa降低到-1.1 GPa。     

氧分压对溅射氧化钒薄膜结构和透光性能的影响

采用射频磁控溅射法,在K9抛光玻璃基底上沉积氧化钒(VOx)薄膜,研究在其他参数保持不变时氧分压参量对薄膜的结构、表面质量及透光性能的影响。利用表面轮廓仪、X射线衍射仪、原子力显微镜及分光光度计分别对样品的沉积速率、物相结构、表面形貌和紫外-近红外光透射率进行分析。结果表明,制备的VOx薄膜的晶相随氧分压不同发生改变,调整氧分压在可见-近红外光区域可获得弱吸收的光学膜,但氧分压过高只能获得低的薄膜沉积速率,氧分压对薄膜表面粗糙度及晶体生长模式也有不同程度的影响。本文对实验结果进行了分析和讨论。     

一种高性能氧化钒热敏薄膜的制备和应用

报道一种制备高性能氧化钒热敏薄膜的方法和其应用。采用反应磁控溅射薄膜沉积技术，通过改变氧化钒热敏薄膜沉积时溅射功率，从而调整钒原子在溅射出来之后接触到基片表面时的沉积速率，同时通过对设备进行改造升级，即在钒溅射腔腔外增加一个控制电源来精确控制溅射电压及氧气分压等参数来精确控制反应过程中电流密度，优化了氧化钒薄膜的制备工艺，制备出方块电阻为500 kΩ/□，电阻温度系数（TCR）为?2.7% K?1的氧化钒薄膜。实验测试结果表明，利用高性能氧化钒热敏薄膜制作的非制冷红外焦平面探测器，其噪声等效温差（NETD）降低30%，噪声降低28%，显著提升了非制冷焦平面探测器的综合性能。     

SnO_(2)缓冲层对VO_(2)薄膜微观结构与相变性能的影响北大核心

利用电子束蒸发法在Si衬底上制备了不同厚度的SnO_(2)缓冲层,并使用磁控溅射法制备出上层氧化钒薄膜,研究了SnO_(2)缓冲层厚度对于氧化钒薄膜微观结构、相组成以及相变性能的影响。结果表明,引入具有四方金红石结构的SnO_(2)缓冲层后,上层氧化钒薄膜的结晶性变好,随着SnO_(2)缓冲层厚度的增加,沉积的氧化钒薄膜中V^(4+)含量逐渐提高,氧化钒薄膜的平均晶粒尺寸增大,成膜质量变好;相变锐度有所降低,热滞回线宽度减小。这些结果表示SnO_(2)缓冲层的引入有利于在硅衬底上生长高质量且相变性能优越的VO_(2)薄膜。     

脉冲激光沉积法制备无氢类金刚石薄膜

无氢类金刚石薄膜与含氢类金刚石薄膜比较,具有硬度更高、弹性模量更大、耐磨性能更好等优点,更适合于用作红外抗反射兼保护层.本文使用波长532 nm的脉冲激光,靶材为石墨,在硅与锗衬底上沉积无氢类金刚石薄膜.通过离子轰击衬底表面,改变衬底温度、改变靶与衬底之间的偏压等方法,提高薄膜的质量(光学均匀性、表面的附着等).样品的Raman光谱分析说明含SP3的比例高,扫描电镜表面形貌分析反映出薄膜具有良好的光学均匀性,显微硬度测量给出了硬度的结果.实验结果表明所获得的无氢类金刚石薄膜可用作红外抗反射兼保护层.(OH4)     

本征氧化层对Si纳米板弹性模量的影响

采用能量法计算了表面不带氧化层的Si纳米板和表面带不同厚度氧化层的Si纳米板的杨氏模量.结果表明,表面带氧化层的Si纳米板杨氏模量随着板厚度的减小而增加,不带氧化层的则随之降低,但当板厚度增加时,它们都趋于一个定值123GPa.板的杨氏模量随表面氧化层层数的增加而上升,随着板厚度的减小,氧化层的影响起到了决定性的作用.当表面带氧化层的纳米板厚度为50nm时,板的杨氏模量随着氧化层层数的增加从120GPa上升到近200GPa.计算结果解释了目前报道的Si纳米板杨氏模量尺度效应不一致的原因.     

本征氧化层对Si纳米板弹性模量的影响

采用能量法计算了表面不带氧化层的Si纳米板和表面带不同厚度氧化层的Si纳米板的杨氏模量.结果表明,表面带氧化层的Si纳米板杨氏模量随着板厚度的减小而增加,不带氧化层的则随之降低,但当板厚度增加时,它们都趋于一个定值123GPa.板的杨氏模量随表面氧化层层数的增加而上升,随着板厚度的减小,氧化层的影响起到了决定性的作用.当表面带氧化层的纳米板厚度为50nm时,板的杨氏模量随着氧化层层数的增加从120GPa上升到近200GPa.计算结果解释了目前报道的Si纳米板杨氏模量尺度效应不一致的原因.     

扩Zn2+多孔硅的光致发光性能

用快扩散方式把Zn2 掺入到单晶硅中,再用阳极电化学腐蚀方法把样品腐蚀成多孔硅.利用荧光分光光度计测试了样品的光致发光特性,结果表明Zn2 的扩散增强了多孔硅的荧光发射,并分别利用扫描电镜和傅里叶变换红外光谱仪研究了多孔硅薄膜的表面形态和样品的红外吸收光谱.     

磁过滤阴极真空弧沉积薄膜研究

采用磁过滤阴极真空弧沉积技术对从弧源引起离子束中的大颗粒进行过滤后,在硅和聚合物表面进行离子注入和低能离子束沉积,可获得特性优异的沉积金属膜、超硬膜（类金刚石,CN膜）、陶瓷膜（TiN,TiC）等。电子显微镜观察表明,大颗粒已被过滤,表面结构致密,由于先进行离子注入,在基体表现预先形成了过滤层,从而改善了沉积膜的粘合特性,膜与基体的粘合特性有了明显提高。测量结果表明,沉积膜的硬度、抗磨损和抗腐蚀特性均有了明显提高。非晶金刚石薄膜表面硬度可达到56GPa。