薄膜

薄膜是不同于其它物态(气态、液态、固态和等离子态)的一种凝聚态,有人称之谓物质的第五态。顾名思义,薄膜就是薄层材料。它可以理解为气体薄膜,如吸附在固体表面的气体薄层;也可理解为液体薄膜,如附着在液体或固体表面的油膜。这里所指的薄膜是固体薄膜,即使是固体薄膜,也可分为薄膜单体和附着在某种基体上的另一种材料的固体薄膜,这里所说的薄膜属后一种。它可以是在固体表面上镀上一层与基体材料不同的薄层材料;也可以是利用固体本身生成一层与基体不同的材料。至于薄膜的厚度应为多少,这无严格的定义,通常是指厚度为几微米以下的薄层。薄膜的基体材料有绝缘体,有玻璃、陶瓷等。也有半导体,如硅、锗等。也有各种金属     

封装厚度和位置对PVDF压电薄膜传感器电荷量的影响

近年来，聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器因可无源供电而得到广泛研究。PVDF压电薄膜传感器在使用时会进行封装，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜是常用的封装材料。为了探究封装材料厚度和封装位置对传感器响应电荷量的影响，设计了6种封装厚度和封装位置不同的传感器，在不同频率下测定其产生的电荷量。结果表明：在0～20Hz和80～100Hz范围内，选择100μm或125μm的封装厚度可得到更多的电荷量；封装位置同样会影响电荷量的产生。同时分析了封装位置影响传感器产生电荷的机理。     

大量程霍尔传感器非线性误差修正方法及其在虚拟仪器上的实现

<正>本文通过对霍尔传感器输出电压的实际测量,分析非线性误差的来源与特征,提出误差曲线拟合方法,采用多项式拟合法对测量数据进行修正,并在虚拟仪器平台上实现。一、测量误差分析霍尔传感器测量磁场的原理是基于霍尔效应,如图1所示。在长为l、宽为w、厚度为t的半导体芯片上,带电量为q载流子(电子或空穴)的迁移率为μP,密度为N。在磁场B和电场E影响下,产生平衡霍尔电场为EH=μPEB=RHJB(1)     

β-FeSi2/Si异质结的制备及性质研究

采用直流磁控溅射和真空退火方法制备β-FeSi2/Si异质结,首先在n型Si(100)衬底上沉积Fe膜,经真空退火形成β-FeSi2/Si异质结,Fe膜厚度约238nm,退火后形成的β-FeSi2薄膜厚度约为720nm。利用XRD、SEM和红外光谱仪分别研究了β-FeSi2薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质。霍尔效应结果表明,制备的β-FeSi2薄膜为n型导电,载流子浓度为9.51×1015cm-3,电子迁移率为380cm2/(V.s)。     

一种新型霍尔式角度传感器的研究

设计了一种新型霍尔式角度传感器,详细阐述了传感器的机械结构和工作原理,根据磁路定律和霍尔效应推导了传感器的输出特性,表明传感器工作时能够直接输出与旋转角度成正比的霍尔电势。由于霍尔传感器的输出采用差动式连接,不存在零点剩余电压。建立了传感器的有限元模型,对其工作时的磁场情况进行了仿真,验证了传感器测量原理的正确性。最后对传感器样机进行了特性测定,实验结果表明传感器的灵敏度约为105 mV/(°),线性误差约为0.12%,重复性误差约为0.19%。     

Mg2Si／Si异质结的制备

采用射频磁控溅射和低真空退火方法制备Mg2Si／Si异质结,首先在n型Si（111）衬底上沉积Mg膜,经低真空退火形成Mg2Si／Si异质结,Mg膜厚度约为484nm,退火后形成的Mg2Si薄膜厚度约400nto,利用xRD和sEM分别研究了Mg2Si薄膜的晶体结构和表面形貌,霍尔效应结果表明,制备的Mg2Si薄膜呈现n型导电特性。     

巨磁电阻材料及其在汽车传感技术中的应用

巨磁电阻材料是20世纪90年代新开发的一种功能材料。由于它与传统的各向异性磁电阻材料相比具有很高的磁场灵敏度等优点,关于它的研发在国际上倍受重视。巨磁电阻材料过去主要用于制作计算机硬盘读头,目前正向着更广泛的应用领域扩展。巨磁电阻(GMR)传感器元件由于灵敏度高、热稳定性好、成本低等优点而完全可取代霍尔及磁阻(AMR)元件,从而广泛应用在信息、电机、电子电力、能源管理、汽车、磁信息读写及工业自动控制等领域。在汽车传感技术上的应用是巨磁电阻材料的一个重要应用领域。     

钠钙玻璃上Mg2Si薄膜的制备及其电学性质

采用磁控溅射技术和退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备了Mg_2Si半导体薄膜,研究了Mg膜厚度对Mg_2Si薄膜结构及其电学性质的影响。在钠钙玻璃上分别溅射两组相同厚度(175nm)的P-Si和N-Si膜,然后在其上溅射不同厚度Mg膜(240nm、256nm、272nm、288nm、304nm),低真空退火4h制备一系列Mg_2Si半导体薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测试仪对Mg_2Si薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性质进行表征与分析。结果表明:采用磁控溅射技术在钠钙玻璃衬底上成功制备出以Mg_2Si(220)为主的Mg_2Si薄膜。随着沉积Mg膜厚度的增加,Mg_2Si衍射峰逐渐增强,薄膜表面更连续,电阻率逐渐减小,霍尔迁移率逐渐降低,载流子浓度逐渐增加。此外,Si膜导电类型和Mg膜厚度共同影响Mg_2Si薄膜的导电类型。溅射N-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型随着Mg膜厚度的增加由P型转化为N型;溅射P-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型为P型。可以控制制备的Mg_2Si半导体薄膜的导电类型,这对Mg_2Si薄膜的器件开发有着重要的指导意义。     

2001～2002年磁性功能材料新进展

综述了2001～2002年间国内外磁性功能材料在研究和应用方面的新进展．内容包括：高矫顽力(Hc)的Nd-Fe-B永磁材料；磁形状记忆材料；稀土氧化物磁电阻材料；钡(Ba)铁氧体的铁磁共振；巨霍尔效应和巨法拉第效应材料。     

挖坑效应对球形夹具下电子束蒸发沉积薄膜厚度均匀性的影响

厚度均匀性是薄膜制备过程中不可忽视的薄膜特性,厚度不均匀会导致薄膜成品率降低.熔融性比较差的镀膜材料在蒸发过程中以直接气化为主,挖坑效应比较明显.此时,在分析薄膜厚度均匀性时,蒸发源发射特性不随时间变化的假设不再合理.细分蒸发源为无数个小的薄板蒸发源,建立了镀膜材料出现挖坑效应时薄膜厚度均匀性的分析模型.结果表明,在所选镀膜机结构参数下,挖坑效应对薄膜厚度均匀性影响明显;但挖坑效应并不总导致薄膜厚度均匀性变差,设计合适的镀膜室结构以及薄膜制备工艺参数,可借助挖坑效应在一定程度上改善薄膜厚度均匀性.采用易于出现挖坑效应的材料作为镀膜材料时,该研究对设计薄膜沉积工艺参数具有指导性意义.     

基于霍尔效应的感应式瞬时旋转角速度传感器

设计了一种基于霍尔效应的感应式瞬时旋转角速度传感器,主要包括定子铁心及绕组、霍尔元件和永磁转子3大部分,且永磁转子的磁通在空间气隙中呈正弦规律分布。传感器工作时,永磁转子与被测旋转设备同轴连接,永磁转子的磁场与定子绕组匝链耦合,绕组中产生与瞬时旋转角速度呈对应关系的感应电动势。由于定子绕组与霍尔元件的控制端直接连接,则霍尔元件中存在电流,在永磁转子磁场的作用下,霍尔元件产生与瞬时旋转角速度成正比的直流霍尔电势。推导了传感器的输出特性,并对传感器进行了特性测定实验,结果表明其灵敏度系数约为203 mV/(rad·s^-1),线性误差约为0.5%。     

Si-Al-Si复合薄膜的制备及电化学性能研究

采用磁控溅射法,通过控制其中Si薄膜的溅射时间,在铜箔集流体上沉积了4种不同Si厚度的Si-Al-Si夹层结构复合薄膜。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及能谱仪(EDS)分析样品表面形貌和结构。采用恒电流充放电和慢循环伏安等方法研究了复合薄膜作为锂二次电池负极材料的电化学性能。结果表明,随着Si溅射时间的延长,复合薄膜首周放电容量增加,不可逆容量损失也增加;Si-Al-Si复合薄膜作为锂离子电池负极材料的循环性能随着Si溅射时间的延长而变差,但与纯Si薄膜相比,Al的加入明显降低了首周不可逆容量损失,改善了Si薄膜的循环性能。     

Bi-Te基薄膜热电材料的研究进展

热电材料是一种能够实现热能与电能直接转换的功能材料,由于无法有效降低块体热电材料的热导率,其性能研究进展缓慢.自上世纪90年代初Hicks等提出了低维化能够显著提高热电材料性能的理论后,薄膜热电材料开始受到广泛关注.低维化提高材料性能的原因主要是材料在低维化后能够产生量子限制效应,使得电子在被压缩维度的运动受到限制.首先,在费米能级附近,与Seebeck系数呈正相关的电子态密度会增大,导致低维热电材料的Seebeck系数相比块体材料显著增大.其次,与块体材料相比,薄膜材料存在更多能够散射声子的晶界,能有效降低晶格热导率.在这两种效应的共同作用下,材料的热电优值(ZT值)能够显著增大.低维热电材料的研究初期主要是通过数学模型和数值计算,从理论上证明量子效应会影响材料的Seebeck系数和电导率,且能实现二者的独立控制,从而提高材料的ZT值.后期的实验数据证明,通过合适的热处理工艺能够有效降低薄膜材料的缺陷,提高其综合性能.因此,热处理工艺的改进对性能的提升也非常重要.热电材料性能的提升离不开制备工艺的进步.为了获得低维化的热电材料,多种薄膜材料制备工艺被用于样品的制备,且不同的制备工艺各有优缺点.Bi-Te基合金不仅可用于低温发电还可用于低温制冷,是目前应用最广泛的低温热电材料,虽然其块体状态下的热电性能研究已趋于完善,但其薄膜状态下热电性能的理论研究还相差甚远,因此Bi-Te基低温薄膜热电材料成为研究热点.本文介绍了国内外采用不同制备工艺生长Bi-Te基热电薄膜材料的发展状况以及热电性能测试方法,提出了在目前发展薄膜热电材料时需要重点关注的方面,并对低维热电材料的发展方向进行了阐述.     

掺杂氧化铪基薄膜铁电性能的研究进展

铁电薄膜的研究多集中于钙钛矿结构材料,然而,这些传统的铁电材料存在与硅Si兼容性差、含铅而污染环境、物理厚度大、电阻低、带隙小等问题。不同的掺杂剂,如Si、Zr、Al、Y、Gd、Sr和La可以在HfO₂薄膜中诱导铁电或反铁电性,使其剩余极化率达到45μC·cm^-2,矫顽力(1～2 MV·cm^-1)比传统铁电薄膜大约1个数量级。同时,HfO₂薄膜厚度可以非常薄(低于10 nm),并具有很大的带隙(约5 eV)。这些优于传统铁电材料的特质可以克服包括铁电场效应晶体管和三维电容传统铁电材料等在薄膜存储器应用中的障碍。除此之外,反铁电薄膜的热电耦合性将有望用于能量收集、存储、固态冷却和红外传感器等多种应用中。HfO₂掺杂薄膜可以通过不同的沉积技术如ALD、溅射和CSD来制备,其中ALD技术沉积的薄膜优势更加明显。本文综述了近年来掺杂HfO₂薄膜材料铁电性和反铁电性的研究进展,详细介绍了不同掺杂元素、薄膜厚度、晶粒尺寸、电极、退火及应力等对薄膜铁电性的影响。     

溅射沉积CuO薄膜的光学和电学特性

以金属铜为靶材,氧气为反应气体,保持200℃的基底温度不变,通过调节氧氩比(OFR)和反应压强,利用直流反应磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了一系列氧化铜薄膜。利用能谱对薄膜材料的元素含量进行测量和分析,结果显示:OFR=1∶1和2∶1时,铜元素和氧元素的含量比约在0.90~0.97的范围内变动。用四探针测试仪对薄膜的电阻率进行测量,用分光光度计测量薄膜的透过率,并用外推法推导出氧化铜薄膜的禁带宽度。利用霍尔效应测试仪对薄膜的电学参数进行测量和分析。     

目前商品包装的三大趋势

一、塑料包装独占鳌头塑料包装材料在商品包装中占有举足轻重的地位。无论其使用小范围之广、数量之多和品种之繁,其他包装材料均不能相比拟。就品种而言,我国目前在商品包装中常用的约有十几种,如玻璃纸、镀金属薄膜、尼龙薄膜、聚酯薄膜、低密度聚乙烯薄膜,线性低密度聚乙烯薄膜、高密度聚乙烯薄膜、定向和准定向拉伸聚丙烯薄膜、     

金刚石薄膜压力传感器的研究

金刚石的许多性质使它成为微结构为器件的优异材料。现已证明金刚石薄膜有压阻效应,这个性能打开了金刚石薄膜在压力传感器领域的应用,研究了金刚石薄膜的欧姆接触,热敏特性和压阻特性,研究表明金刚石薄膜可制成适于高温工作的传感器。     

粉煤灰/聚乙烯醇复合调湿材料制备及其薄膜吸湿性能

利用粉煤灰与聚乙烯醇(PVA)制备复合调湿材料是对固体废弃物粉煤灰综合利用的一种新尝试。通过红外光谱选择粉煤灰表面改性的分散剂,并对分散剂进行定量;研磨改性粉煤灰浆料并与聚乙烯醇共混得到复合调湿材料,测其薄膜的吸湿性性能,分析了吸湿性能与不同相对湿度、吸附平衡及扩散等的可能机理。结果表明,粉煤灰/PVA复合薄膜材料的吸湿行为受相对湿度和薄膜厚度影响,相对湿度较大、薄膜较厚吸湿性越好。     

X射线粉末衍射的发展与应用——纪念X射线粉末衍射发现一百年(续前)

正3.2表面与薄膜的结构分析用其他材料在基底材料的表面涂膜或对基底材料进行某种表面处理(如氧化、渗氮、喷丸等)来改变材料表面的化学组成、结构和性能,以适应对材料性能的要求,是当前材料工业中常用的方法。研究和测定改性后表面材料的组成、结构和性质很重要,X射线衍射是一种重要和常用的方法。但是,这些表面薄膜或多层膜的厚度都很小,为纳米量级。在通     

德国马普学会高聚物研究所(MPI-P)研制新型气体透析膜材料

近日,德国马普学会高聚物研究所(MPI-P)最近研制出一种新型膜材料,具有优良的气体透析能力。这种新型膜材料非常适宜应用在医学设备(如心肺仪)上,向血液中增加氧气成分,可保持很高的氧气透过率,同时大大减少过程中形成血栓和出现膜材料孔隙被血液堵塞的现象,相比目前常用的特弗龙材料性能有很大提高。