PZT/Si界面氧化反应机理及动力学研究

运用俄歇电子能谱深度剖析和线形分析研究了PZT／Si界面氧化反应的机理和动力学过程。研究结果表明，在PZT／Si样品的热处理过程中，环境气氛中的氧可以透过PZT薄膜层扩散到PZT／Si界面，并与硅基底反应形成SiO2界面层。界面氧化反应由氧在PZT层和SiO2层中的扩散过程所控制。     

PZT／Si薄膜的扩散反应研究

运用ＸＰＳ和ＡＥＳ研究了ＰＺＴ膜／Ｓｉ在热处理过程中的薄膜及界面化学反应；在热处理过程中，气氛中的气通过ＰＺＴ的缺陷通道扩散到ＰＺＴ／Ｓｉ同旧，并与界面上的硅发生氧化反应形成ＳｉＯ２界面层。同时基底上的硅通过ＰＺＴ的缺陷扩散么样品表面形成ＳｉＯ２表面层。此外，在ＰＺＴ／Ｓｉ界面上，Ｔｉ的氧化物和Ｓｉ发生还原反应，形成了ＴｉＳｉｘ金属硅化物，并残留在ＰＺＴ膜层和和ＳｉＯ２界面层中。在ＰＺＴ膜层内，有     

Cr/SiO_2界面还原反应研究

利用俄歇电子能谱研究了Cr／SiO2薄膜在热处理过程中的界面扩散反应机理、界面反应动力学过程及界面反应产物。研究结果表明，Cr／SiO2体系的界面还原反应主要是Cr与SiO2的反应，其还原反应产物是CrSix和Cr2O3物种。界面还原反应的速度与反应时间的平方根成正比，其界面还原反应过程受Cr向SiO2层的扩散过程所控制，界面还原反应的表观活化能为72．5kJ／mol（约0．75eV）。     

PZT／Si界面氧化反应机理及动力学研究

运用俄歇电子能谱深度剖析和线形分析研究了ＰＺＴ／Ｓｉ界面氧化反应的机理和动力学过程，研究结果表明，在ＰＴ／Ｓｉ样品的热处理过程中，环境气氛中的氧可以透过ＰＺＴ薄膜层扩散到ＰＴ／Ｓｉ界面，并与硅基底反庆形成ＳｉＯ２界面层，界面氧化反应由氧在ＰＴ层和ＳｉＯ２层中的扩散过程所控制。     

Pt扩散阻挡层对PZT/Si薄膜化学结构和性能的影响

运用XPS和AES研究了Pt扩散阻挡层对PZT薄膜／Si界面化学结构和性能的影响：在PZT薄膜和Si基底间增加Pt扩散阻挡层，可以抑制TiCx物种和TiSix物种的形成，促进PZT薄膜的形成反应。Pt扩散阻挡层的存在阻断了氧和Si的相互扩散反应，促进PZT物种形成钙钛矿型晶体结构，使得形成的PZT薄膜具有和体相材料相近的高介电常数和铁电性能。     

Si片上PbTiO3薄膜的XPS研究

用溶胶 凝胶方法在Si上成功地制备了钙钛矿型的PbTiO3薄膜。X射线衍射结果显示 ,在热处理温度为 750～ 90 0℃范围内 ,随温度升高 ,薄膜由多晶结构转变为定向结晶。X射线光电子能谱分析发现 ,薄膜表面存在SiO2 薄层 ,其厚度大约为 0 6nm ,该薄层是在制膜过程中衬底Si通过PbTiO3薄膜扩散到表面与大气中的O2 反应而形成的。在 750℃热处理的薄膜 ,膜层中不含SiO2 ,但温度升高 ,膜层中存在SiO2 成分 ,这可能是Si在向表面扩散过程中与膜中的O反应生成的。表面SiO2 可通过Ar离子的轻微溅射而消除 ,而膜内SiO2 成分只能通过调节工艺参数来消除     

Ti/SiO_2界面反应的研究

运用俄歇深度剖析和俄歇化学效应研究了Ti／SiO2的界面还原反应。结果表明，在薄膜样品的制备过程中，金属Ti可以和SiO2发生界面还原反应，形成TiSi和TiO2物种。薄膜样品在RTA处理时，Ti和SiO2的界面反应大幅度地增加，尤其是当RTA温度高于700℃时，界面反应增加得更快。700℃温度可能是Ti和SiO2界面反应的活化温度。随着反应时间的增加，界面反应也相应增加。当Ti层的厚度增加时，也有利于Ti和SiO2的界面反应。     

溅射PZT薄膜的晶体结构和快速热处理

采用常温射频（RF）溅射法和快速热处理相结合的技术，在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上，制备出具有铁电性的PZT薄膜。研究了快速热处理工艺条件对PZT薄膜性能的影响。通过X射线衍射法、SEM和AES等方法，分析了PZT薄膜的晶体结构、微结构、薄膜和电极间的界面效应。     

Ti/Si(100)体系界面扩散反应动力学研究

采用移动边界条件下扩散问题的处理方法，综合界面反应和扩散两个过程对界面硅化物形成的影响，建立起Ti／Si（100）界面扩散反应动力学理论模型，并拟合快速热退火处理后试样界面Auger深度分析谱，得到Ti，Si在相应界质中扩散系数和表现反应活化能。研究结果表明，Ti／Si体系界面TiSi2生成经历了一个由反应动力学控制到扩散控制的过渡。Si从其晶格中解离并扩散到Ti／TiSi2界面是制约扩散过程的关键因素。     

Cr／SiO2界面还原反应研究

利用俄歇电子能谱研究了Ｃｒ／ＳｉＯ２薄膜在热处理过程中的界面扩散反应机理、界面反应动力学过程及界面反庆产物。研究结果表明，Ｃｒ／ＳｉＯ２体系的界面还原反应主要是Ｃｒ与Ｓｉ２的反应，其还原反应产物是ＣｒＳｉ和Ｃｒ２Ｏ２物种。界面还原反 速度与反应时间的平方根成正比，其界面还原反应过程受Ｃｒ向Ｓｉ２层的扩散过程所控制，界面还原反应的表观活化能力为７２．５ｋＪ／ｍｏｌ（约０．７５ｅＶ）。     

Graphene growth at the interface between Ni catalyst layer and SiO2/Si substrate

Graphene was synthesized deliberately at the interface between Ni film and SiO2/Si substrate as well as on top surface of Ni film using chemical vapor deposition (CVD) which is suitable for large-scale and low-cost synthesis of graphene. The carbon atom injected at the top surface of Ni film can penetrate and reach to the Ni/SiO2 interface for the formation of graphene. Once we have the graphene in between Ni film and SiO2/Si substrate, the substrate spontaneously provides insulating SiO2 layer and we may easily get graphene/SiO2/Si structure simply by discarding Ni film. This growth of graphene at the interface can exclude graphene transfer step for electronic application. Raman spectroscopy and optical microscopy show that graphene was successfully synthesized at the back of Ni film and the coverage of graphene varies with temperature and time of synthesis. The coverage of graphene at the interface depends on the amount of carbon atoms diffused into the back of Ni film.     

PZT压电厚膜用PT过渡层的制备及表征

用溶胶-凝胶法在Pt（111）／Cr／SiO2／Si衬底上制备了（100）取向PT过渡层,探讨了制备工艺条件对胛过渡层成膜情况的影响,结果表明,快速热处理工艺制备的PT过渡层结晶较好,而热解时间过长和退火时间过长都会引起铅的损失,造成TiO杂相的出现,从而对PT过渡层的结晶产生不利影响。     

高取向度PZT铁电薄膜的研制

用无机盐替代锆卤,通过Ｓｏｌ＝Ｇｅｌ方法,合成均匀、稳定的ＰＺＴ溶胶。采用Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｐｉ基片加入ＰＴ过渡层,经快速热处理制备出沿（１００）高度定向的ＰＺＴ陶瓷薄膜,此薄膜具有良好的铁电性能。     

ITO用作铁电薄膜电极的研究

研究了sol-gel掺锡氧化铟（ITO溶胶在SiO2/Si衬底和光学玻璃衬底上的成膜及结晶性能,并与CVD法生长的ITO薄膜作了对比。结论是：sol-gelITO膜,虽然具有与CVD ITO膜相似的结晶性能和较高的导电性,但以sol-gel ITO膜作下电极,无法使PLT、PZT的sol-gel膜具有明显的结晶取向。因漏电太大,sol-gel ITO也无法作sol-gel铁电膜（如PLT,PZT）的上电极。但在CVD ITO膜上,sol-gel铁电膜能很好结晶,且Au/PLT/ITO电容,具有良好的电学性能。     

不同退火升温速率下PZT铁电薄膜中的残余应力分析

室温下利用射频磁控溅射在Pt/Ti/SiO2/Si(100)上淀积了约200nm厚的PZT铁电薄膜,在N2(纯度为99.999%)气氛中以不同升温速率进行快速热退火,采用X射线衍射法表征其残余应力。结果表明,薄膜中的应力不是二维应力而是三维应力,且除了切应力σ22以外的大部分应力张量的分量为张应力;薄膜中张应力的增大主要是由于氧空位与晶粒尺寸共同作用的结果,而该应力的减小是由于晶粒尺寸在薄膜应力演变过程中占主导地位所致。     

Spectroscopic analysis on metal-oxide-semiconductor light-emitting diodes with buried Si nanocrystals and nano-pyramids in SiO(x) film

The difference between the white and near-infrared electroluminescence of metal-oxide-semiconductor light-emitting diodes fabricated on 1,100 degrees C-annealed Si-rich SiO(x)/p-Si substrate with interfacial pyramidal Si dots (Si nano-pyramids) was characterized. By changing the substrate temperature and induced coupled plasma power during the plasma enhanced chemical vapor deposition of Si-rich SiO(x) films, the effects of the growth conditions on the defect- and Si nano-pyramid-related carrier transport and Si nanocrystal-related electroluminescence spectroscopy were also investigated. The annealed Si-rich SiO(x)/p-Si films grown at higher synthesized substrate temperate (350 degrees C) show the larger Si nano-pyramids precipitating near the Si/SiO2 interface. The indium tin oxide/Si-rich SiO(x)/p-Si/Al metal-oxide-semiconductor light-emitting diodes with Si-rich SiO(x) films exhibit different white-light electroluminescence spectra at wavelengths from 400 to 650 nm. The Si nanocrystal-related electroluminescence spectra at 650-850 nm are confirmed, whereas the electroluminescence spectra are shorter wavelengths is attributed to oxygen related defects. These defects become an electron-preferred transporting path within the Si-rich SiO(x) film, whose densities are decreased by increasing the substrate temperature or reducing the induced coupled plasma power. Defect-related white-light electroluminescence emits power for a relatively short lifetime. The lifetime can be lengthened and the electroluminescence power can be raised simultaneously by increasing deposition temperature to 350 degrees C and adjusting the induced coupled plasma power to a threshold of 30 W, which effectively increases the densities of Si nanocrystals and nano-pyramids in the Si-rich SiO(x) film with Si concentration of up to 40 at%. A nearly defect-free Si-rich SiO(x) sample can be grown under such conditions, which contributes to the most stable and largest near-infrared electroluminescence with the longest lifetime, although the power-current slope of purely Si nanopyramid related electroluminescence at near-infrared wavelengths is slightly lower.