热处理对稀磁半导体Al1-xCuxN薄膜性能的影响

采用磁控溅射法,在蓝宝石衬底上沉积Al1-xCuxN薄膜样品,并对样品进行退火处理.利用X-射线衍射仪和超导量子干涉仪分别研究了退火前后薄膜的结构和磁性能.研究发现退火处理工艺有效地改善了样品的结晶特性和铁磁性:Al1-xCuxN从非晶薄膜转变为多晶薄膜;950℃、氮气气氛退火处理后样品的最大饱和磁矩增加到原来的两倍,约为5.16 emu/cm3.结合X射线光电子能谱和光致发光性能分析,Al1-xCuxN铁磁性来源于Cu原子与其最近邻的N原子之间的p-d杂化和N原子周围缺陷位置极化共同作用.     

退火温度对Zn0.93Fe0.07O薄膜微结构和铁磁性能的影响

用射频磁控溅射方法在硅片上制备了Zn0.93Fe0.07O薄膜,并在空气中用不同温度进行热处理,利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对其微结构、表面和断面形貌进行测试.结果表明,薄膜沿c轴方向择优生长,呈六角纤锌矿结构,空气中450℃退火的样品XRD谱中出现最强的(002)衍射峰,晶粒尺寸变大,薄膜结晶和取向明显变好.用振动样品强磁计对样品铁磁特性进行测试,发现当退火温度的升高时,饱和磁化强度有所增加,并经分析认为这可能是薄膜中晶粒间的晶界缺陷引起的.     

沉积温度对Zn0.95Co0.05O稀磁半导体薄膜结构与磁性的影响

本文利用磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了Zn0.95Co0.05O薄膜,考察了沉积温度对Zn0.95Co0.05O样品的结构与磁性的影响.采用XRD、FESEM、XPS和SQUID等方法对样品的结构与磁性进行了表征与分析.XRD结果表明:Zn0.95Co0.05O薄膜样品为纤锌矿结构且具有(002)择优生长,不存在Co和其他杂质相.XPS数据证明:薄膜样品中的Co是以Co2+形式存在,并且Co2+占据ZnO晶格中的Zn原子位.磁滞回线表明:Zn0.95Co0.05O薄膜具有明显的室温铁磁性,随着沉积温度的升高,薄膜的铁磁性逐步减弱.     

退火气氛和镧掺杂浓度对ZnO薄膜结构和光学性能的影响

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法在玻璃衬底上制备Zn1-xLaxO(x=0～0.04)(LZO)薄膜,分别在空气、氮气和氩气条件下进行退火,探讨了不同退火气氛和不同镧掺杂浓度对其结构和光学性能的影响.XRD和SEM结果表明:氩气退火条件下ZnO的晶粒尺寸比空气退火条件下和氮气退火条件下的晶粒尺寸略小,且ZnO晶粒的尺寸随着镧掺杂浓度的增加而减小.薄膜光致发光(PL)测量表明:紫光发光带中心在氩气下退火相对于空气下退火存在略微的蓝移,而在氮气下退火则相反;ZnO紫光发光带的位置随着镧掺杂浓度的增加先红移而后蓝移.禁带宽度在镧掺杂量为2;时达到最小值,说明镧可以有效地调节ZnO的禁带宽度.     

不同掺杂量对水热合成Zn1-xNix O稀磁半导体粉体的影响

本文主要考虑不同掺杂量对水热合成Zn1-xNixO稀磁半导体粉体的影响.采用水热法,以3 mol/L NaOH作为矿化剂,在240℃下,保温24 h左右,进行Ni掺杂(x=0.05,0.1,0.2),合成Zn1-xNixO稀磁半导体晶体.XRD、FE-SEM测试表征晶体的物相组成和晶体形貌,XRD表明所制备的zn0.95Ni0.05O稀磁半导体晶体发育比较完整.通过UV-vis测试进一步说明掺杂的效果.VSM测试表明,所制备的样品在室温下有良好的磁滞回线,表现出铁磁性.     

退火升温速率对LaNiO3薄膜结构和电学性能的影响

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si(100)衬底上制备了镍酸镧(LaNiO3,LNO)薄膜,并利用XRD、SEM、AFM和半导体参数分析仪等研究了退火升温速率对LNO薄膜结构和电学性能的影响.结果表明,溶胶-凝胶法制备的LNO薄膜呈现赝立方钙钛矿型多晶结构,呈(110)择优取向生长;薄膜表面平整、均匀、无裂纹.随着退火升温速率的增加,LNO薄膜的晶粒尺寸先增大后减小;其电阻率先减小后增大.在退火升温速率为20℃/min时,LNO薄膜晶粒尺寸达到最大值94 nm,电阻率达到最小值9.5 x10-4 Ω·m.     

硅铝共掺杂对TiO2薄膜结构及性能的影响

采用非水解溶胶-凝胶法制备了Si、Al共掺杂的TiO2薄膜.应用X射线衍射、紫外可见分光光度计研究了Si、Al掺杂对TiO2薄膜晶型转变、晶粒尺寸、光吸收性能及光催化性能的影响.结果表明:适量引入Si、Al后,可显著提高1000℃热处理后TiO2薄膜的光催化活性;当Si/Ti物质的量比为0.2时,薄膜由于混晶结构光催化活性最佳;Si、Al共掺杂能抑制TiO2的晶型转变及TiO2的晶粒生长,且Si、Al共掺杂的抑制作用比单一Si掺杂更有效;当Si/Ti物质的量比为0.15、Al/Ti物质的量比为0.05时,TiO2锐钛矿向金红石的转变温度从750℃提高到1200℃.     

掺杂VO2薄膜的相变机理和光电特性研究

本文采用V2O5粉和MoO3粉为原料,通过无机溶胶-凝胶法制备掺Mo6+的VO2薄膜.实验采用XRD和XPS等研究手段,对掺杂薄膜的物相组成、价态、相变温度、电阻突变量级和相变前后的光透过率进行了测试.结果发现:所制备的掺杂薄膜其主要成份是VO2,掺入的MoO3结构未发生改变,掺杂薄膜随MoO3含量的增加其相变温度明显下降,但其电阻突变量级和光透过率的突变量亦随之降低,其中,电阻突变量级的下降趋势更显著,不过只要MoO3掺杂量不高于5;时,掺杂薄膜的电阻突变仍可保持2个量级以上,而且红外光透过率的突变量仍保持较高.分析认为,薄膜中掺入的MoO3与VO2可以互溶,从而可作为施主组元降低VO2能带结构中的禁带宽度,改变其光电特性.     

In掺杂量对ZnO薄膜微结构和光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法分别制备未掺杂和In掺杂ZnO薄膜,用X射线衍射仪、扫描电镜和紫外可见分光光度计测试分析薄膜的微结构、表面形貌和光学性质.结果表明:In掺杂ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,但In的掺入抑制ZnO薄膜的结晶,使得薄膜的结晶度降低.In掺杂ZnO薄膜表面呈网络状结构,随着In掺杂量的增加,表面起伏程度减小,空隙减少,表面平整,致密度提高.In掺杂ZnO薄膜的光学带宽Eg值均小于未掺杂ZnO薄膜,且随In掺杂量的增加先增大后减小,并用Burstein-Moss效应和缺陷浓度变化对光学带宽变化进行了解释.     

Y掺杂浓度梯度对BST薄膜结构及介电性能的影响

用改进的溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备6层钇(Y)掺杂浓度分别为1;/1.1;/1.2;/1.3;/1.4;/1.5;的梯度Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜(1-1.5YBST)和掺杂浓度分别为1;/1.3;/1.6;/1.9;/2.2;/2.5;的梯度Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜(1-2.5YBST),研究掺杂浓度梯度对薄膜结构及介电性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,两薄膜主要沿(110)晶面生长,为立方钙钛矿结构,比6层Y掺杂浓度均为1;的BST薄膜(YBST)的衍射峰强度及晶化减弱,但掺杂浓度梯度较大的1-2.5YBST对应的衍射强度和晶化较强.原子力显微镜(AFM)表明,1-2.5YBST具有更光滑的形貌.两薄膜比YBST具有高的电容、低的介电损耗、高的调谐率,而1-2.5YBST具有更优异的综合介电性能:零偏压下的电容为17.45 pF(介电常数127)、介电损耗为0.82;及最大调谐率为34.6;、优质因子为42.     

加磁场对GZO薄膜结构及光电性能的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃基底上制备了Ga掺杂ZnO (GZO)薄膜,在传统磁控溅射系统中引入外加磁场,探究了磁场强度变化对GZO薄膜晶体结构和光电性能的影响.结果表明:所制得的GZO薄膜结构均为六角纤锌结构且在[002]方向沿C轴择优取向;外加磁场强度对薄膜的光电性能具有较大影响,在可见光范围内,薄膜的平均透光率超过93;,并出现了Moss-Burstein效应;薄膜的电学性能得到提升,其电阻率从4.96×10-3 Ω·cm降至3.17×10-4Ω·cm,霍尔迁移率从7.36cm2 ·V-1 ·S-1增至9.53 cm2·V-1·S-1.     

Mg掺杂对ZnO薄膜结构与磁性的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在单晶Si(100)衬底上制备Zn1-xMgxO薄膜,研究了退火温度和氧压对Zn1-xMgxO薄膜的结构和磁性的影响.结果表明,Mg掺入量影响ZnO结构相变,当x≥0.25时,Zn1-xMgxO薄膜由六角纤锌矿结构变为立方结构,同时磁性增强.随着氧压的增大和后续退火温度的升高,都会使饱和磁化强度(Ms)呈先增大后减小的趋势.分析表明磁性的变化都与样品中的表面缺陷浓度有关.     

衬底温度对Cu2O薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了Cu2O薄膜。系统研究了衬底温度对薄膜结构、光学和电学性能的影响。XRD的结果显示,在所有衬底温度条件下均可得到单相的Cu2O结构,而且随着衬底温度由500 K升至800 K,薄膜表现出(111)择优取向的生长特点。电学和光学测试结果表明,室温电导率和光学带隙随着衬底温度的升高而增加,800 K制备的薄膜的带隙值最高约为2.58 eV。     

衬底温度对Ba2FeMoO6薄膜生长的影响及磁性质研究

利用自制的Ba2 FeMoO6陶瓷靶材,采用脉冲激光沉积技术,在钛酸锶SrTiO3 (100)衬底上,于衬底温度分别为700℃、800℃、900℃下制备出了厚度为100 nm的双钙钛矿型氧化物Ba2 FeMoO6薄膜.分别采用XRD、AFM和VSM表征了样品的结构、表面形貌和磁性质.结果表明,在衬底温度为900℃时沿c轴择优取向生长效果最佳、成膜质量最好,从生长过程角度解释了原因;样品M-H曲线表明在衬底温度不同时生长出的各样品均具有铁磁性,其磁性随衬底温度的升高而增加,分子饱和磁矩在700℃到800℃时变化显著,在800℃到900℃时变化不是很大.     

Effect of Thermal Annealing on Structural Properties,Morphologies and Electrical Properties of TiO2 Thin Films Grown by MOCVD

TiO₂ thin films, were deposited on Si(100) and Si(111) substrates by metalorganic chemical vapor deposition at 500 °C, and have been annealed for 2 min, 30 min and 10 hours at the temperature from 600 °C to 900 °C, in oxygen and air flow, respectively. XRD and atomic force microscopy characterized the structural properties and surface morphologies of the films. As‐deposited films show anatase polycrystalline structure with a surface morphology of regular rectangled grains with distinct boundaries. Rutile phase formed for films annealed above 600 °C, and pure rutile polycrystalline films with (110) orientation can be obtained after annealing under adequate conditions. Rutile annealed films exhibit a surface morphology of equiaxed grains without distinct boundaries. The effects of substrate orientation, annealing time and atmosphere on the structure and surface morphology of films have also been studied. Capacitance‐Voltage measurements have been performed for films deposited on Si(100) before and after annealing. The dielectric properties of TiO₂ films were greatly improved by thermal annealing above 600 °C in oxygen.     

CeO2对CaTiO3陶瓷烧结性能以及微观结构的影响

以CaO和TiO2为原料,采用固相反应烧结法合成钛酸钙陶瓷.以CeO2为添加剂,重点研究CeO2掺杂对合成钛酸钙陶瓷烧结性能及微观结构的影响.利用XRD、SEM、EDS等手段对试样的物相组成、显微形貌以及元素分布进行表征.通过X'pert High score Plus软件研究CeO2添加量和煅烧温度对合成钛酸钙的相组成、晶胞参数、缺陷反应的影响.结果表明:随着CeO2加入量的增大,Ce4+与Ti4+及Ce3+与Ca2+之间发生取代,致使钛酸钙的晶体结构发生畸变,晶格常数以及晶胞体积出现了先增大后减小的趋势.CaTiO3结构中取代位置的改变,是造成晶胞体积呈非线性变化趋势的原因.形成的结构缺陷加速了固相烧结反应,钛酸钙晶粒由发育不完全的台阶状转变为规则的多边形.过量的CeO2会抑制晶粒的生长,减小晶粒尺寸.随着煅烧温度的升高,结构中热缺陷浓度增大,促进了钛酸钙的烧结.     

衬底温度对In2S3薄膜结构及其性能的影响

采用超声喷雾热解法,在玻璃基底上一步合成了In2S3薄膜.研究了衬底温度对In2S3薄膜的结构、表面形貌、电学和光学性能影响.结果表明:所制备的In2S3薄膜均具有沿(220)面择优取向生长特性且无其他杂相,衬底温度对薄膜的均匀性、致密度、结晶程度均有明显影响,并因此影响薄膜的光电性能.薄膜的导电件随着衬底温度的升高迅速增强,但足在衬底温度为350℃时有所降低.衬底温度为300℃所制备的薄膜在可见光区透光率最高达到90;以上,禁带宽度达到2.43 eV.     

射频溅射功率对Mn-Co-Ni-O薄膜结构与性能的影响

采用射频磁控溅射技术在硅衬底上制备了锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O, MCNO)薄膜并进行了后退火处理。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光学测试仪器等测试手段对晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征。分析了不同射频溅射功率(60~100 W)对MCNO薄膜表面微观形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明,在60~90 W下获得的薄膜表面致密且均匀,但在100 W下获得的MCNO薄膜表面晶粒尺寸显著增大。物相分析表明,采用射频磁控溅射沉积的MCNO薄膜主要为尖晶石结构,溅射功率对薄膜结晶质量和择优取向具有显著影响,在80 W下获得的MCNO薄膜结晶质量最佳。同时,拉曼光谱测试也表明该MCNO薄膜表现出最强的Mn⁴⁺—O对称弯曲振动和最小的压应力。紫外-可见-近红外光谱分析表明,MCNO薄膜的吸光范围主要在可见光-近红外波段,在80~90 W溅射功率下获得的MCNO薄膜在近红外波段表现出更强的吸收峰。射频溅射功率的改变会影响薄膜的厚度和结晶质量,从而对薄膜的光学带隙起到调控作用。光致发光光谱测试不同溅射功率下薄膜的缺陷峰发光强度,且在功率为80 W时沉积的薄膜具有最强紫外发射峰,表明改变溅射功率能够有效改善薄膜缺陷及提高晶体质量。     

Cu-N共掺杂ZnO体系的稳定性,电子结构和磁性的第一性原理研究

采用第一性原理框架下的全势缀加平面波方法研究了Cu-N共掺杂的ZnO体系的电子结构和磁学性能.基于总能的计算表明,Cu-N共掺杂体系在基态下具有稳定的铁磁性,这个铁磁性的起源可以利用双交换理论进行解释.同时,电子结构的计算表明,掺杂体系在基态下呈现的是半金属特性.在Zn1-xCuxO1-yNy (x=0.0625, y=0.0625)中体系的总的磁矩为2 μB.这些磁矩主要来源于Cu-3d电子和O-2p电子以及N-2p电子的相互作用.