离子束溅射与射频溅射制备的ZnO薄膜的特性分析

分别采用两种不同的方法制备了ZnO薄膜.①离子束溅射法(IBD),在Si(001)衬底上制备锌膜后在氧气氛炉中退火;②射频溅射法(RF),在Si(001)衬底上制备ZnO薄膜后在氧气氛炉中退火.利用X射线衍射仪和原子力显微镜(AFM)以及电感、电容、电阻综合测试仪(LCR)对两种方法制备的ZnO薄膜的结构、形貌和导电性进行了比较研究.结果表明,离子束溅射的锌膜经热氧化后得到的ZnO薄膜生长的单向性较差,表面粗糙度较大,薄膜的电阻率也比较高.     

离子束溅射制备Si／Ge多层膜研究

采用离子束溅射方法在Si衬底上制备Si／Ge多层膜，通过改变生长温度、溅射速率等因素得到一系列Si／Ge多层膜样品；通过X射线衍射、Raman散射等表征方法研究薄膜结构与生长条件的关系。在小束流（10mA）、室温条件下制备出界面清晰、周期完整的Si／Ge多层膜。     

离子束溅射Si薄膜的低温晶化生长

采用离子束溅射技术,在低生长束流(4～10 mA)范围内,对低温(25～300 ℃)Si薄膜的晶化进行了研究.由Raman和XRD表征分析得出:在300℃采用6mA的生长束流,可在硅衬底上得到结晶性和完整性较好的Si外延薄膜;25℃时,在硅衬底上得到Si薄膜的多晶结构,实现了Si薄膜的低温晶化生长.     

Si基片上Au膜真空紫外反射特性研究

对Si片上Au膜在真空紫外波段的反射特性进行了系统的研究.采用离子束溅射,选择不同的镀膜参数,在经不同前期清洗方法处理过的Si片上,镀制了各种厚度的Au膜.利用科大国家同步辐射实验室的反射率计,对Au膜在真空紫外较宽波长范围内的反射率进行了连续测量.测试结果表明Si片上Au膜厚度和辅助离子源的使用方式对Au膜反射率有重大影响,而镀前基片表面清洗工艺等对反射率影响不显著.采用辅助离子沉积或镀前离子清洗,可提高Au膜反射率;但离子清洗和辅助离子沉积同时使用会给反射率带来显著的不利影响.膜厚在30 nm左右,55°入射角时反射率最高,可高达40%.     

负偏压增强金刚石膜与衬底结合强度的理论研究

由于金刚石与Si有较大的晶格失配度和表面能差,利用化学气相沉积(CVD)制备金刚石膜时,金刚石在镜面光滑的Si表面上成核率非常低.而负衬底偏压能够提高金刚石在镜面光滑的Si表面上的成核率,表明金刚石核与Si表面的结合力也得到增强.利用负偏压增强CVD系统制备金刚石膜时,气体辉光放电产生的离子对Si表面轰击,使得Si衬底表面产生了微缺陷(凹坑),增大了金刚石膜与Si衬底的结合面积.本工作主要从理论上研究离子轰击对金刚石膜与Si衬底结合力的影响.     

Si(111)衬底上离子束溅射沉积法生长β-FeSi2薄膜的研究

采用离子束溅射Fe靶的方法在500～800℃的Si(111)衬底上制备出不同种类的铁硅化合物.当衬底温度为700℃时得到厚度为500nm的单相的β-FeSi2薄膜,高分辨透射电镜证实该β-FeSi2薄膜为局部外延,薄膜和Si衬底之间界面明显,没有中间层.     

新型工艺制备ZnO薄膜的结构与形貌研究

采用了一种新型工艺制备ZnO薄膜。新工艺采用二步法,首先在N型Si(100)衬底上用离子束沉积溅射一层金属Zn膜,然后通过热氧化金属Zn膜制备ZnO薄膜。通过X射线衍射、原子力显微镜对不同制备工艺下的ZnO薄膜进行结构与形貌的分析比较。研究表明,Zn膜的离子束溅射沉积时间、热氧化时间和辅助枪的离子束对热氧化后的ZnO薄膜再轰击处理对ZnO薄膜的结构与形貌都会产生影响。     

Si衬底GaN基LED理想因子的研究

首次报道Si衬底GaN LED的理想因子.通过GaN LEDI-V曲线与其外延膜结晶性能相比较,发现理想因子的大小与X射线双晶衍射摇摆曲线(102)面半峰宽有着对应关系:室温时Si衬底GaN LED的理想因子为6.6,对应着半峰宽707arcsec;理想因子为4.5时,对应半峰宽530arcsec.蓝宝石衬底GaN LED理想因子为3.0,其对应半峰宽401arcsec.硅衬底GaN LED理想因子大的原因可以归结为高缺陷密度所致,高缺陷密度使电流隧穿更容易进行.     

衬底和O2/Ar气体比例对ZnO薄膜结构及性能的影响

采用直流磁控溅射法沉积了ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜等手段对薄膜的晶体结构和微观相貌进行了分析,并对薄膜的电学性能进行了考察.结果表明:所制备薄膜沿c轴高度择优,并具有较高的电阻率;ZnO薄膜的沉积速率和c轴择优度是由O2/Ar气体比例和衬底共同决定的;Au衬底上的ZnO薄膜以三维生长为主,在Al和Si衬底上出现了不同程度的薄膜二维生长;电阻率随O2/Ar气体比例的提高逐渐增加,Si衬底上薄膜的电阻率高于Al和Au衬底上的.     

激光剥离技术制备GaN/metal/Si的结构和光学特性研究

采用激光剥离技术结合金属熔融键合技术将生长在蓝宝石衬底上的GaN外延层转移到Si衬底上.GaN和Si表面分别用电子束蒸发Al/Ti/Au和Ti/Au/In后,在氮气环境下200℃加压实现GaN和Si的键合.采用脉冲宽度30 ns、波长248 nm的准分子脉冲激光透过蓝宝石衬底辐照GaN薄膜,在脉冲激光能量密度为380 mJ/cm2的条件下将蓝宝石衬底剥离下来,实现GaN薄膜向Si衬底的转移.样品截面显微镜和扫描电镜(SEM)照片说明经过键合工艺形成了致密的GaN/Al/Ti/Au/In/Au/Ti/Si结构.对转移衬底后的GaN薄膜进行原子力显微镜(AFM)和光致发光谱(PL)测试,结果表明金属熔融键合和激光剥离工艺没有对GaN薄膜的结构和光学特性带来明显的不利影响.     

离子束溅射沉积Fe/Si多层膜法合成β-FeSi_2薄膜的研究

采用离子束溅射沉积Fe/Si多层膜的方法在石英衬底上制备了β-FeSi2薄膜,研究了不同厚度比的Fe/Si多层膜对β-FeSi2薄膜的结构性能、形貌及光学性能的影响。结果表明,厚度比为Fe(2nm)/Si(7.4nm)的多层膜在退火后完全生成了β-FeSi2相,表面致密均匀,其光学带隙为0.84eV,能量为1.0eV光子的吸收系数105cm-1。     

低能Ar+离子束辅助沉积择优取向Pt(111)膜

采用低能Ar+离子束辅助沉积方法,在Mo/Si(100)基底上沉积Pt膜,离子/原子到达比分别为0.1、0.2、0.3.若Ar+离子的入射角为0°,XRD谱分析表明,沉积的Pt膜均呈(111)和(200)混合晶向;当Ar+离子的入射角为45°,沉积的Pt膜均呈很强的(111)择优取向.因此若合理控制Ar+离子束的入射角,可在Mo/Si(100)衬底上制备出具有显著择优取向的Pt(111)薄膜.本文采用Monte Carlo方法模拟低能Ar+离子注入 Pt单晶所引起的原子级联碰撞过程,得出Ar+离子入射单晶铂(200)晶面时,Ar+离子的溅射率与入射角的关系,对Pt膜择优取向的机理作了初步的探讨和分析.     

Au_(1-x)Pt_xSn_2(x=0,0.125,0.25,0.50,0.75,0.875,1)体系相结构稳定性、电子结构与弹性性质的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Au_(1-x)Pt_xSn_2(x=0,0.125,0.25,0.50,0.75,0.875,1)体系各合金相的结构、形成能、电子结构和弹性性质。首先分别采用虚拟晶体近似法(VCA)和超胞法(SC)搭建晶体结构模型,再由形成能的计算结果判断出稳定的结构模型,然后对其能带结构、总态密度、分态密度、键合特征和弹性性质等进行研究。结果表明,SC法搭建的晶体结构模型较稳定,且随着Pt元素摩尔含量的增大,Au_(1-x)Pt_xSn_2合金相的形成能随之减小,说明该体系更倾向于形成C1型结构。同时发现Au_(0.125)Pt_(0.875)Sn_2稳定性较好。而Au_(0.5)Pt_(0.5)Sn_2成键强度较其他合金相强,这与该合金中同时存在两种类型的d-p杂化有关。对Au_(1-x)Pt_xSn_2体系弹性性质的研究表明,Au_(0.75)Pt_(0.25)Sn_2和Au_(0.5)Pt_(0.5)Sn_2为脆性相,而AuSn_2、Au_(0.875)Pt_(0.125)Sn_2、Au_(0.25)Pt_(0.75)Sn_2、Au_(0.125)Pt_(0.875)Sn_2和PtSn_2为延性相,其中Au_(0.5)Pt_(0.5)Sn_2合金相的原子间结合力较强,材料强度较大。     

Si-MOS湿度传感器及CH-湿度仪

该传感器系以低阻单晶Si为衬底(兼下电极)、透水Au膜为上电极、多孔Al2O3为介质的MOS电容结构。外界气相中的水分子透过Au膜上电极，为Al2O3，孔壁所吸附，并与外界水分压达成动态吸-脱附平衡，传感器就有稳定的电容值。     

应用背散射技术研究固体薄膜

应用背散射(R.B.S)方法测量了单层金属膜(Fe膜、Au膜)、双层金属膜(Ti-Fe膜)、双层介质膜(Si-Si○_2-Si_3N_4 膜)的厚度。在对Si-Si○_2-Si_3N_4双层介质膜测厚的同时,还测出Si_3N_4膜中含有一定量氧的存在,检验了它的生长质量。用背散射方法对错(Zr)的氧化进行了初步研究,测定了在1964年于400 ℃干燥空气中分别氧化7＇、14＇、28＇、80＇的ZrO_2膜的厚度。实验结果大体上与锆氧化的抛物线规律     

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si的XPS探究

为了探究ZnO/Si内部化学成分及有关信息,用氧离子束辅助(O+-assisted)脉冲激光淀积(PLD)法在不同实验条件下生长成ZnO/Si(111)样品.利用X射线光电子能谱(XPS)对长成的ZnO/Si异质结构进行了异位测试.通过对O1s峰及其肩状结构进行拟合、分析,得到了原子数密度比n(O)∶n(Zn),进而探究了原子数密度比与生长质量的关系.结果表明,用氧离子束辅助PLD法,可在较低的衬底温度190℃和适当O+束流条件下,生长出正化学比接近于1,且c轴单一取向最佳的ZnO/Si薄膜.用氧离子束辅助PLD淀积法生长ZnO薄膜,可以改善缺氧状况,能提供一个富氧环境.     

添加元素对Mg-3Si合金组织影响

采用扫描电镜、X射线衍射对合金组织进行观察,研究在Mg-3Si(质量分数/%,下同)合金陆续添加Zn,Nd,Gd,Y元素后微观组织演变规律。结果表明:Mg-3Si合金中Mg_2Si粒子具有初生和共晶两种明显不同的形貌;添加3%Zn元素后的Mg-3.0Si-3.0Zn合金中,初生Mg_2Si粒子粗化,共晶Mg_2Si粒子完全消失;在Mg-2.0Nd-3.0Zn-3.0Si合金中,Nd元素的加入能有效地细化初生Mg_2Si粒子并生成少量的Mg_(41)Nd_5粒子;继续添加Gd,Y元素后,在Mg-8.0Gd-4.0Y-2.0Nd-3.0Zn-3.0Si合金中的Gd_5Si_3和YSi等粒子急剧增加而Mg_2Si粒子含量大大减少。通过Thermo-Calc热力学软件的热力学计算表明:Gd_5Si_3,YSi的吉布斯自由能低,Gd,Y原子与Si更容易形成化合物。在Mg-8Gd-4Y-2Nd-3Zn-3Si合金中,Gd_5Si_3,YSi,Mg_2Si三种化合物的室温吉布斯自由能分别为-9.56×10~4,-8.72×10~4,-2.83×10~4J/mol,粒子的质量分数分别为8.07%,5.27%,1.40%。     

Si_3N_4膜绝缘与击穿特性的研究

论述以SiH_4 Ar N_2为源气体的PECVD氮化硅膜层绝缘与击穿特性。通过改变沉积温度、反应气体比、沉淀时间等因素,系统研究了这些沉积工艺参数对Si_3N_4膜绝缘耐压性能的影响。在一定的沉积条件下,得到了耐压性能可与LPCVD工艺所沉漠层相比拟的优质Si_3N_4介质膜。在用AES对膜层微观成份分析的基础上,对Si)3N_4膜的三步沉膜机理进行了一些有益探讨。     

Au—Si界面的室温反应

利用XPS研究了在超高真空条件下形成的Au—Si(113)界面初始阶段的室温反应,测量了Si2p、2S和Au4f光电子发射峰的强度和能量位置随Au复盖量的变化。所有结果表明,与Au—Si(111)和Au～Si(100)系统一样,存在一个发生界面室温反应的临界Au厚度～5ML。从而推断,这个现象可能是Au—Si界面形成过程的普遍特征。根据实验结果,讨论了Au—Si界面室反应的可能模型。     

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。