聚焦脉冲激光作用下Ge2Sb2Te5薄膜晶化过程及机理

采用聚焦脉冲激光研究了Ge2Sb2Te5薄膜在沉积和激光淬火两种非晶态下反射率与激光脉冲宽度变化的关系，发现沉积态的Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内的反射率随激光脉冲宽度增加而减小，经过激光淬火的非晶态Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内的反射率随激光脉冲宽度增加而变化平缓。本文借用气－液体系中过饱和度分析液滴形成的原理，从统计物理学角度详细研究了两种非晶态Ge2Sb2Te5薄膜在脉冲激光作用下的晶化过程及机理，结果表明，当Ge2Sb2Te5的非晶态程度处于未饱和或饱和状态时不形成晶核；当Ge2Sb2Te5的非晶态程度处于过饱和状态时，此时的Ge2Sb2Te5为亚稳态，可能形成大小不等的晶核，但只有半径大于临界晶核尺寸时才可能长大成晶粒，而应力降低晶化能垒，增加非晶态Ge2Sb2Te5的过饱和度是导致沉积态与激光淬火态的Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内反射率随激光脉冲宽度变化规律不一致的根本原因，并据此解释了Ge2Sb2Te5薄膜在这两种状态下的反射率随激光脉冲宽度的变化特点及规律。     

激光致溅射沉积Ge2Sb2Te5薄膜的结晶行为研究

利用ＸＲＤ研究了激光致溅射沉积Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５薄膜的结晶行为;研究发现,与热致相变不同的是,激光致相变只发生从非晶态到ＦＣＣ晶态结构的转变,从ＦＣＣ到ＨＣＰ的结构转变不再发生,这有利于提高相变光盘的信噪比．Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５薄膜的结晶程度受初始化功率和转速的影响．     

溅射功率对Ge2Sb2Te5薄膜光学常数的影响

研究了溅射功率对Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５薄膜的光学常数与波长关系的影响。结果表明,在波长小于５００ｎｍ的情况下,随溅射功率的增加非晶态薄膜的折射率ｎ先增加然后减小,消光系数ｋ则逐渐减小;在波长大于５００ｎｍ的情况下,随溅射功率的增加折射率ｎ逐渐减少,消光系数ｋ先减小后增加。对于晶态薄膜样品,在整个波长范围折射率ｎ随溅射功率的增加减小后增加,消光系数ｋ则逐渐减少。薄膜样品的光学常数,在长波长范围随波长变化较大,在短波长范围变化较小。讨论了溅射功率对Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５薄膜的光学常数影响的机理。     

激光辐照引起Ge2Sb2Te5非晶态薄膜的电/光性质变化

研究了激光辐照引起Ge₂Sb₂Te₅非晶态薄膜的电/光性质变化, 当激光功率为580mW时薄膜的方块电阻有四个数量级(10⁷～10³Ω/□)的突变; 对电阻发生突变前、中、后的三个样品进行了XRD测试, 结果表明, 随着激光功率的增大,薄膜由非晶态向晶态转变,用椭偏仪测试了结构转变前、中、后三个样品的光学常数, 在可见光范围内薄膜的光学常数在波长相同情况下有: n_非晶态>n_中间态>n_晶态, k_晶态>k_中间态>k_非晶态, α_晶态>α_中间态>α_非晶态, 结合电阻变化曲线和XRD图谱讨论了激光辐照Ge₂Sb₂Te₅非晶态薄膜的电/光性质变化同激光功率和结构转变之间的关系.     

非晶Ag11In12Te26Sb51薄膜的结晶行为

采用初始化仪使非Ag11In12Te26Sb51薄膜结晶，利用差分扫描量热仪、X射线衍射和光学透过率的测量研究了非晶Ag11In12Te26Sb51薄膜的结晶行为，结果表明，非晶Ag11In12Te26Sb51膜结晶温度约为210℃，熔化温度为481.7℃，结晶活化能Ea=2.07eV/atom；Ag11In23Te26Sb51膜的结晶力学遵循成核和生长机理；在激光致相变过程中可能出现的晶相有AgSbTe2、AhInTe2、Sb和Ag2Te等相；Ag11In12Te26Sb51薄膜的结晶程度受初始化功率和转速的影响。     

紫外激光脉冲沉积法制备高温超导（Bi,Pb）2Sr2CaCu2O8薄膜的研究

用紫外脉冲激光沉积技术在单晶衬底上制备高温超导(Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8薄膜,系统研究了不同镀膜参数对薄膜结晶质量的影响,获得了优化的镀膜工艺。并在较低温沉积、高温退火,以及高温沉积两种工艺下均获得了具有c轴取向、无杂相及无挥发(分解)的(Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8薄膜。相比于高温沉积,低温沉积、高温退火制备的薄膜结晶质量更好。     

脉冲激光沉积b轴取向BaTi2O5薄膜的研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在MgO(100)基片上制备了b轴取向的BaTi2O5薄膜,研究了基片温度(Tsub)、氧分压(Po2)等沉积工艺对薄膜结构的影响.结果表明: BaTi2O5薄膜的物相及取向性都随基片温度和氧分压的改变而变化,薄膜呈现(710)或(020)取向生长,最佳的PLD沉积条件为Tsub=700℃和Po2=12.5Pa.在该条件下,BaTi2O5薄膜表现出明显的b轴取向,薄膜表面平整光滑,结晶良好,晶粒呈棒状交叉分布,结合紧密.     

纳米TiO2薄膜的脉冲激光沉积及其光学特性

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在硅基片上生长了二氧化钛纳米晶氧化物薄膜, 系统讨论了基片温度、氧分压等因素对薄膜结构特性的影响.X射线衍射结果表明在氧气氛下, 生长的薄膜为锐钛矿结构, 其结晶性随着基片温度的升高而增强, 在750℃、5Pa氧压的情况下为完全c轴取向的锐钛矿相TiO₂薄膜, 在750℃、5Pa氩气氛下则为(110)取向的金红石相薄膜. 场发射扫描电子显微镜结果表明薄膜表面致密, 呈纳米晶结构, 其晶粒尺寸在35nm左右.用傅立叶红外光谱和拉曼光谱对不同条件下制备的TiO₂薄膜进行了表征.紫外-可见透射光谱的测试结果表明, 薄膜在可见光区具有良好的透过率, 计算得到制备的锐钛矿和金红石相TiO₂薄膜在550nm处的折射率分别为2.3和2.5, 其光学带隙分别为3.2和3.0eV.因此通过沉积条件的改变可得到结晶性能和光学性能都不同的TiO₂薄膜.     

WO3/Si纳米晶薄膜的脉冲准分子激光沉积及结构分析

采用脉冲准分子激光大面积扫描沉积技术，在Si(111)单晶衬底上沉积了WOx薄膜，采用X射线衍射（XRD）、喇曼光谱（RS），付里叶红外光谱（FT－IR）及透射电镜扫描附件（STEM）对不同条件下沉积的样品进行了结构分析，结果表明，氧分压和沉积温度是决定薄膜结构和成份的主要参数，在沉积温度300℃以上及20Pa氧压下得到了三斜相纳米晶WO3薄膜。     

溅射功率对射频磁控反应溅射制备的Ag2O薄膜微结构的影响

利用射频磁控溅射技术,通过调节溅射功率(P)在200℃、氧氩比为2∶3条件下在玻璃衬底上制备了一系列氧化银(Ag2O)薄膜。利用X射线衍射谱和扫描电子显微镜重点研究了P对Ag2O薄膜微结构的影响。研究结果表明Ag2O薄膜具有(111)择优取向,这可能归结于(111)面的表面自由能最低。随着P从120 W增大到240 W,Ag2O薄膜(111)方向的平均晶粒尺寸从22.92 nm增大到27.96 nm,薄膜的表面结构呈现了从均匀、致密的表面结构向疏松、多孔洞的表面结构的演变。Ag2O(111)衍射峰的2θ角与标准值偏差(2θshift)随P的增大先减小后增大,(111)衍射峰峰位向2θ增大的方向发生了明显的移动。根据量子尺寸效应,薄膜的应力与晶粒尺寸呈反比关系,因此薄膜的应力随P的增大先减小后增大。P=240 W时薄膜的应力最小。从应力的角度,这基本可以合理解释P=210 W时制备的Ag2O薄膜的结晶质量最好,尽管与实验结果有些差异。     

聚焦脉冲激光作用下Ge2Sb2Te5薄膜晶化过程及机理

采用聚焦脉冲激光研究了Ge₂Sb₂Te₅薄膜在沉积和激光淬火两种非晶态下反射率与激光脉冲宽度变化的关系,发现沉积态的Ge₂Sb₂Te₅薄膜在晶化触发阶段内的反射率随激光脉冲宽度增加而减小,经过激光淬火的非晶态Ge₂Sb₂Te₅薄膜在晶化触发阶段内的反射率随激光脉冲宽度增加而变化平缓.本文借用气-液体系中过饱和度分析液滴形成的原理,从统计物理学角度详细研究了两种非晶态Ge₂Sb₂Te₅薄膜在脉冲激光作用下的晶化过程及机理,结果表明,当Ge₂Sb₂Te₅的非晶态程度处于未饱和或饱和状态时不形成晶核;当Ge₂Sb₂Te₅的非晶态程度处于过饱和状态时,此时的Ge₂Sb₂Te₅为亚稳态,可能形成大小不等的晶核,但只有半径大于临界晶核尺寸时才可能长大成晶粒.而应力降低晶化能垒,增加非晶态Ge₂Sb₂Te₅的过饱和度是导致沉积态与激光淬火态的Ge₂Sb₂Te₅薄膜在晶化触发阶段内反射率随激光脉冲宽度变化规律不一致的根本原因,并据此解释了Ge₂Sb₂Te₅薄膜在这两种状态下的反射率随激光脉冲宽度的变化特点及规律.     

Crystal structure of GeTe and Ge2Sb2Te5 meta-stable phase

Direct X-ray diffraction measurement of the erased state of the Ge–Sb–Te recording layer in a four-layered phase change optical disk, which was produced by an optical disk drive, was performed. It was identified as an fcc crystal structure. In order to carry out the detailed crystal structure analysis by the powder X-ray diffraction method with Rietveld refinements, somewhat larger amount of the fcc crystal powder was prepared from deposited 10 μm thick films. It revealed that Ge₂Sb₂Te₅ belongs to the NaCl type structure (Fm m) with the 4a site including 20% vacancies. The conclusion was supported by the results of the density measurements with Grazing Incidence of X-ray Reflectivity.     

Study of Ge2Sb2Te5 Film for Nonvolatile Memory Medium

The amorphous Ge2Sb2Te5 film with stoichiometric compositions was deposited by co-sputtering of separate Ge, Sb, and Te targets on SiO2/Si (100) wafer in ultrahigh vacuum magnetron sputtering apparatus. The crystallization behavior of amorphous Ge2Sb2Te5 film was investigated by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and differential scanning calorimetry (DSC). With an increase of annealing temperature, the amorphous Ge2Sb2Te5 film undergoes a two-step crystallization process that it first crystallizes in face-centered-cubic (fcc) crystal structure and finally fcc structure changes to hexagonal (hex) structure. Activation energy values of 3.636±0.137 and 1.579±0.005 eV correspond to the crystallization and structural transformation processes, respectively. From annealing temperature dependence of the film resistivity, it is determined that the first steep decrease of the resistivity corresponds to crystallization while the second one is primarily caused by structural transformation from     

衬底负偏压对溅射Ta2O5薄膜晶化温度及介电性能的影响

采用磁控溅射法，在衬底温度为620℃时，通过引入合适的衬底负偏压(100—200V)，获得了结晶良好的Ta2O5薄膜．衬底负偏压增强了正离子对衬底表面的轰击作用，加速了其在衬底表面的松弛扩散效应，从而降低了Ta2O5薄膜的晶化温度，改善了其结晶性．同时，G—V测试结果表明：衬底负偏压进一步改善了Ta2O5薄膜的介电性能．     

表面活性剂对纳米Sb2O3和纳米 Sb2O3/云母分散性的影响

以片状云母作为微反应器制备了纳米Sb2O3／云母复合物，并用XRD、TEM进行了表征．研究了表面活性剂对纳米Sb2O3颗粒、纳米Sb2O3／云母复合物的粒子性能及粒度分布的影响，并对二者进行了比较．结果表明：纳米Sb2O3被十六烷基三甲基溴化铵处理后，在云母层间均匀生长，形成的纳米Sb2O3分散性好，粒度分布窄．平均粒径约为5nm，比不加云母制备的纳米Sb2O3小30nm．     

相变光盘介电层ZnS-SiO2薄膜的性能研究

利用AFM、XRD、TEM、紫外可见光谱仪和椭偏仪等多种研究手段研究了ZnS-SiO2薄膜的性能。研究表明，沉积态ZnS-SiO2薄膜为非晶态，表现为层核生长型（Straski-Krastanov型）结构，表面很平滑，其中包含着大小为2－10nm的微小晶粒；ZnS-SiO2薄膜的秀率比较大，消光系数很小，这可以减少入射激光能量的损失；ZnS-SiO2薄膜拥有比较高的折射率，能够对记录层起到很好的保护作用。