室温红外探测用VOx薄膜的工艺研究

用反应溅射法制备了VOx薄膜.利用XPS分析技术,研究了薄膜组分与氧分压、基片材料、沉积厚度等工艺条件的关系.结果表明本工艺得到V2O5、VO2、V2O3复相膜,氧气流量大和较厚薄膜容易获得高价态V,衬底表面吸附氧会改变薄膜组分,V2O5、VO2含量高的薄膜电阻温度系数相对较高,V2O3不利于红外探测.     

VO2(B)薄膜的制备及特性优化研究

采用直流磁控溅射法,在纯氩气氛中溅射V2O5靶材,在覆盖有氮化硅薄膜的P(100)硅基片表面沉积氧化钒薄膜.对沉积的薄膜进行了后续高真空高温退火处理.利用XRD对薄膜的晶相进行了分析,结果表明退火处理前和退火处理后的薄膜都具有VO2各晶面的取向,XPS分析证明了XRD的物相分析结果.对薄膜的方阻特性的测试表明生成的薄膜是典型的VO2(B)薄膜,退火后的薄膜方阻减小,方阻温度系数也降低.在此基础上,利用薄膜晶界散射理论,通过改变薄膜沉积时间和沉积温度使薄膜的方阻和方阻温度系数随薄膜厚度和晶粒大小而变化,从而使薄膜的电性能达到优化.     

退火对IBED氧化钒薄膜结构和性能的影响

对离子束增强沉积(IBED)氧化钒薄膜作不同条件的退火，用X射线衍射分析薄膜的晶体结构；用电阻．温度测试分析了薄膜的热电阻温度系数。实验发现，沉积薄膜存在一个形成二氧化钒结构的临界结晶温度，该温度随薄膜制备时离子束增强沉积条件的不同而改变。退火温度低于临界结晶温度时，很难使薄膜结晶成二氧化钒结构；高于临界温度较多的退火或形成VO2结构后再长时间退火，都会使VO2多晶薄膜中的钒分解降价，使薄膜的结构退化、性能变差。IBED多晶VO2薄膜在室温附近的电阻温度系数可达到4％／K以上。     

V_2O_5/V/V_2O_5薄膜退火条件对其的制备及特性的影响

利用间歇通O2的方式,采用射频磁控溅射法在Si3N4衬底上制备V2O5/V/V2O5复合薄膜,研究了不同原位退火条件对薄膜阻值及电阻温度系数(TCR)的影响。结果表明,经过退火处理后的V2O5/V/V2O5复合薄膜方阻值大大降低,电阻-温度曲线呈现良好的线性特性,并具有高TCR值及优良的电学稳定性。利用X射线光电子能谱(XPS)对退火后的V2O5/V/V2O5复合薄膜表面进行V、O元素分析,结果表明,V2O5/V/V2O5复合薄膜各层间的扩散效果显著影响薄膜表面不同价态V离子的含量,低价V离子会随着退火温度的升高及退火时间的延长而增多,薄膜表面对水分子的吸附也随之变强。在实验结果的基础上,利用扩散理论阐述了退火条件对V2O5/V/V2O5复合薄膜电学性能影响的机理。     

基于正交实验法的混合相VOx薄膜最佳制备参数研究

为研究磁控溅射的衬底温度、氧氩比、沉积时间和工作气体流量对混合相VOx薄膜电学性能的影响,采用正交实验法,设计了4因素4水平16组实验,实施实验并记录样品电阻温度系数(TCR)和方阻值,分析薄膜电学性能随不同因素不同水平的变化趋势;然后,结合均值和方差分析以及XPS分析,得到不同因素影响混合相VOx薄膜电学性能程度的大小依次为:工作气体流量,衬底温度,氧氩比,沉积时间。最后,得出制备混合相VOx薄膜的优选参数:溅射电流0.3A,衬底温度270℃,氧氩比2.8%,沉积时间20min,工作气体流量120cm³/min,测试结果显示,其TCR为-2.65%/K,方阻为1102.1kΩ/□。     

真空度对VO2(B)型薄膜制备及光电特性的影响

对不同真空度下得到的VO2(B)型薄膜的结品状况、组分、电学性质 和光学性质进行测试和分析,以探讨退火真空度对VO2(B)型薄膜的影响.以高纯五氧化二钒(V2O3)粉末(纯度高于99.99%,质量分数)为原料,采用真 空蒸发——还原工艺,分别在高、低真空度下还原出VO2(B)型(空间群为C2m)薄膜.利用X射线衍射(XRD)仪,X射线光电子能谱仪(XPS),电阻温度关系(TCR)测试仪和紫外可见分光光度计对薄膜进行测试,讨论了退火真空度对VO2(B)刑薄膜的结品状况、组分、电学性质和光学性质的影响.结果显示,在高、低真空度下退火,VO2(B)型薄膜出现的温度范围是不同的,在低真空度下退火出现的范围在400～480℃,而在高真空度下退火出现的范围只有400～440 C;高真空度退火得到薄膜的晶粒较大,透过率较低真空度得到的薄膜高7%～8%;但在低真空度下退火,薄膜中的V更易被还原,电阻温度系数绝对值更大,最大可达-2.4%/K.     

氮化硼薄膜的制备和离子注入掺杂

通常人们对氮化硼薄膜的S掺杂，采用的是在氮化硼制备过程中就地掺杂的方法，文中则采用S离子注入方法. 氮化硼薄膜用射频溅射法制得. 实验结果表明，在氮化硼薄膜中注入S，可以实现氮化硼薄膜的n型掺杂；随着注入剂量的增加，氮化硼薄膜的电阻率降低. 真空退火有利于氮化硼薄膜S离子注入掺杂效果的提高. 在离子注入剂量为1E16cm-2时，在600℃的温度下退火60min后，氮化硼薄膜的电阻率为2.20E5Ω·cm，比离子注入前下降了6个数量级.     

相变型VO2薄膜的制备及其特性的研究

利用反应离子束溅射和后退火工艺制备一种新的相变型VO2薄膜,对该薄膜进行电学测试、XRD和光学透过率的测试。这种工艺制备出的相变型VO2薄膜相变温度更接近室温,XRD显示这种薄膜中有VO2、V2O5成分的存在。对这种薄膜的光学透过率测试表明,低温下薄膜的透过率是高温下薄膜透过率的近5倍。通过实验可以看出,氧气分压、退火温度、退火时间是影响制备新型相变型VO2薄膜的重要因素。     

VO2/Al2O3复合膜系制备及其相变特性

钒的氧化物具有对温度敏感的半导体-金属可逆相变特性.在多种钒氧化合物中,VO2的相变温度点约为68℃,适用于很多应用领域.VO2长期暴露在空气中时,会被氧化.研究了通过制备VO2/Al2O3复合膜系来保持氧化钒薄膜的稳定性的方法.采用TFCalc薄膜设计软件,设计了VO2/Al2O3复合膜系.依据材料的折射率和消光系数,优化了膜系各膜层的厚度,分析了复合膜系的相变特性.采用磁控溅射方式制备了氧化钒薄膜,再通过氧氩混合气氛热处理得到VO2占主要成分的氧化钒薄膜.在氧化钒薄膜上采用射频磁控溅射方法封装了120 nm厚的Al2O3膜.利用分光光度计测量分析了膜系的相变特性,Al2O3膜对VO2膜的相变性能影响很小.Al2O3膜适于VO2薄膜的封装.     

纳米二氧化钒薄膜的制备及其特性研究

采用原子层沉积(ALD)方法,分别以VO(OC3H7)3和H2 O2为钒源和氧源,在载玻片基底上沉积钒氧化物薄膜;在还原气氛的管式炉中,对钒氧化物薄膜进行还原退火结晶,进而得到VO2薄膜晶体.通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)及X-射线光电子能谱(XPS)研究所制备的钒氧化物薄膜表面形貌、晶体结构以及组分的变化;利用傅里叶红外光谱(FT-IR)对VO2薄膜的红外透射性进行测试分析.结果表明:ALD所制备的薄膜以非晶态V2O5、VO2和V2O3为主;在通以还原气氛(95％Ar,5％H2)并500℃热处理2h后得到以(011)择优取向的单斜金红石纳米VO2薄膜,VO2晶体薄膜相变前后红外透过率突变量较大.     

钽掺杂对二氧化钒多晶薄膜相变特性的影响

将Ta_2O_5与V_2O_5均匀混合,压制成溅射靶,用离子束增强沉积方法在二氧化硅衬底上沉积掺Ta氧化钒薄膜.在氮气中适当退火,形成掺杂二氧化钒多晶薄膜.X射线衍射结果显示,薄膜具有单一的(002)取向.XPS测试表明,膜中V为+4价,Ta以替位方式存在.温度-电阻率测试表明,薄膜具有明显的相变行为,原子比为3%的Ta掺杂后,二氧化钒多晶薄膜相变温度降低到约48℃.Ta原子的半径大于V原子的半径,Ta的掺入在薄膜中引入了张应力;5价Ta 替代4价V,在d轨道中引入多余电子,产生施主能级,这些是掺钽二氧化钒多晶薄膜相变温度降低的原因.     

退火工艺对微波等离子制备氮杂二氧化钒的影响

选用V_2O_5为前驱物,通过在玻璃片上镀膜,利用高纯氢作为气源、高纯氮作为掺杂物,采用微波等离子体增强法,在低温条件下合成了具有优良热致相变特性的氮杂二氧化钒(VO_(2-x)N_y)薄膜.经过退火工艺的处理,采用XRD、SEM、AFM和相变温度测试对样品进行表征,结果表明:退火后VO_(2-x)N_y薄膜的表面没有太大的变化,但是退火后样品表面有裂纹出现,薄膜的晶体颗粒大小呈现正态分布,颗粒尺寸较均匀.退火有利于增加其纯度,改善样品结晶度,晶体尺寸长大,并且样品的相变温度降低,幅度约为8℃.

Abstract：

Using V_2O_5 as molecular precursors, high pure hydrogen as the gass supply and high pure nitrogen as adulterant, VO_(2-x)N_y thin films with good thermal induced phase transition property were fabricated by synthesized at low temperature with microwave Plasma enhanced technology through coating films on glass slice. The yielded samples were characterized by X-ray Diffraction (XRD), SEM,AFM and transformation temperature test. The results show that after annealling, the surfaces of VO_(2-x)N_y films do not have obvious change, while there are cracks appearing on the surfaces of the samples, the grains of thin films present normal distribution, and the dimension is quite uniform. Annealling can enhance the purity and advance the crystallinity of the thin films, meanwhile, the dimension of crystal grows up and the phase transition temperature of the samples decreases with a range of 8 ℃.     

离子束增强沉积制备氮化硅薄膜的计算机模拟

Monte-Carlo计算机模拟程序,SIBL,用来描述离子束增强沉积(IBED)制备氧化硅薄膜的生长过程,提供薄膜组分的深度分布及界面混合等有关信息.它是TRIMSP的发展,并利用了ZBL(Ziegler,Biersack,Littmark)最新的二体势和电子阻止本领.模拟计算中,用一个间断交替的薄膜生长过程(先沉积一层硅原子,然后注入一定量的氮离子)来代替实验上一个沉积原子和离子轰击同时进行的连续过程,且在注入一定量的离子后,对每层原子的组份,密度进行修正,使模拟达到动态化.计算结果表明,薄膜组份比随离子原子到达比的变化关系以及组份的深度分布和实验符合很好.     

Optimisation of implantation conditions for the formation of buried SiO2 layers in silicon

The substrate temperature dependence of the IR transmission spectra of buried silicon dioxide layers formed by high dose ion implantation (~1017) was investigated for an ion dose ranging from 1017 to 1018 ions/cm2 at 250°C of 16O+ at 100 keV energy. The IR spectra indicate that the silicon/silicon-dioxide/silicon can be obtained after thermal annealing treatment of the implanted sample for 10 mm in hydrogen ambient at 1100°C.     

二硅化钨形成、结构和电性质的研究

本文报道用As离子束混合形成WSi_2的结构和电性质的研究结果。指出在衬底温度350℃下注入,WSi_2的形成温度可大大降低.WSi_2薄膜电阻率随后退火温度的变化与微结构有关.淀积薄膜过程中引入的氧杂质限止晶粒生长,影响WSi_2薄膜的电阻率.观察到退火过程中氧杂质和注入As离子的再分布和严重丢失.进一步讨论了离子束混合形成硅化物的机理.     

The effect of argon implantation on the conductivity of boron implanted silicon

Silicon wafers have been implanted with boron (3 × 10¹⁴ or 1 × 10¹⁵ ions cm^?2) and with argon (up to 1 × 10¹⁵ ions cm^?2). The energies were chosen to approximately superimpose the two impurity distributions. After the boron and argon implantations the sheet resistance of each wafer was measured following annealing in nitrogen at temperatures in the range 400–1050°C. The highest dose argon implantation produced an increase in sheet resistance which persisted throughout the entire temperature range. Lower argon doses produced a reduction in sheet resistance for anneal temperatures between 550 and 800°C. The magnitude of the reduction is a function of the boron and argon doses and of the anneal temperatures. The greatest reduction, observed after a 600°C anneal, was by a factor of 5.8. Above 800°C the low dose argon did not affect the sheet resistance.The observed reduction in sheet resistance is expected to lead to an improvement in metal to p-type silicon contacts. A particular application is in the contacts to resistors in fast bipolar logic circuits. As high electrical activity can be obtained at moderate annealing temperatures with combined boron and argon implantations, these implantations can be carried out at a late stage in an integrated circuit process schedule without the danger of additional movement of existing junctions.     

Arsenic-implanted thin film PECVD semi-insulating polysilicon (SIPOS) resistors

Thin film (2000Å) PECVD SIPOS resistors were fabricated using arsenic implantation and rapid thermal annealing. The current-voltage characteristics are symmetrical and field-dependent. The resistivity (as low as 0.2 ohm-cm) is shown to be a function of the oxygen content of the as-deposited material, the implant dose, and the annealing temperature. The variation of resistance with operating temperature also decreases with increasing dose and annealing temperature. As expected, the lowest resistivity is obtained for films with high refractive indices or alternatively, low oxygen content. *This work was supported by a research contract from Sandia National Lab.     

Effect of Chemical Doping and Ion Implantation on Conductivity of Poly （p-phenylene vinylene） Derivatives

The surface conductivity of poly [2-methoxy-5-(3 '-methyl)butoxy]-p-phenylene vinylene (PMOMBOPV) films doped with FeCl3 and H2 SO4 by chemical method and implanted by N ions was studied and the comparison of environmental stability of conductive behavior was also investigated. The energy and dose of N ions were in the rang 15～35 kev and 3. 8× 1015 ～9. 6× 1016 ions/cm2, respectively. The conductivity of PMOMBOPV film was enhanced remarkably with the increases of the energy and dose of N ions. For example, the conductivity of PMOMBOPV film was 3.2 × 10-2 S/cm when ion implantation was performed with an energy of 35 kev at a dose of 9. 6 × 1016 ions/cm2 , which was almost seven orders of magnitude higher than that of film unimplanted. The environmental stability of conductive behavior for ionimplanted film was much better than that of chemical doped films. Moreover, the conductive activation energy of ion-implanted films was measured to be about 0.17 eV.     

二氧化钒薄膜制备及其热致变发射率特性研究

通过溶胶-凝胶和真空热处理工艺在石英基底上制备了二氧化钒薄膜,对制备出的薄膜进行了X射线衍射及X射线光电子能谱分析,结果表明所制备出的薄膜价态单一,纯度较高,薄膜为多晶态,晶粒尺寸约为27 nm.利用红外热像仪拍摄了薄膜在不同温度下的红外热图并计算了发射率,结果表明二氧化钒薄膜7.5～14 μm波段发射率在相变时发生突变,突变量可达0.6,具有优异的热致变发射率性能,在红外自适应伪装等领域应用前景广阔.