原子层沉积Al_(2)O_(3)对尖晶石LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料的影响机理

为提升尖晶石相LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料在深度荷电状态下的界面稳定性,采用原子层沉积法在单晶LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料表面可控沉积了纳米级Al_(2)O_(3)层。改性后的LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料表现出优异的长循环耐腐蚀性能(1C电流密度下循环500次的容量保持率高达94.7%)。进一步的表界面解析结果表明:原子层沉积技术构建的纳米级Al_(2)O_(3)包覆层能够明显抑制材料本体与电解液的腐蚀反应,降低过渡金属离子的不可逆溶解与析出;另外,基于HF表面刻蚀产生的AlF_(3)具有增强的耐刻蚀性能,可显著提升LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)正极材料在长循环及高电压下的服役性能。

原子层沉积法制备鸡蛋清栅介质ZnO-TFT及其性能研究

采用原子层沉积法(ALD),以天然鸡蛋清作为栅介质制备双电层氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT),并对其电性能进行测试与分析,研究了该器件在栅偏压应力条件下和空气环境下电学性能的稳定性。结果表明,氧化锌薄膜晶体管电特性表现良好,阈值电压为0.73 V,载流子饱和迁移率为9.95 cm^(2)/(V·s),开关电流比为1.8×10^(4),亚阈值摆幅为0.33 V/decade,工作电压可低至3.0 V。研究还发现,在正栅偏压应力作用下或在空气环境下器件的电性能皆呈现出不稳定性。栅偏压应力不稳定性主要与栅介质层界面处正电荷集聚及新缺陷态的产生有关;干燥空气环境下电性能的退化可解释为沟道有源层吸附空气中的氧气导致沟道层中载流子有所消耗,以及鸡蛋清电解质被氧化而引起双电层效应的退化。

等离子体增强原子层沉积AlN外延单晶GaN研究

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,具有较大的禁带宽度,较高的击穿电场强度、电子迁移率、热导系数以及直接带隙等优异特性,被广泛应用于电子器件和光电子器件中。由于与衬底的失配问题,早期工艺制备GaN材料难以获得高质量单晶GaN薄膜。直到采用两步生长法,即先在衬底上低温生长氮化铝(AlN)成核层,再高温生长GaN,才极大地提高了GaN材料的质量。目前用于制备AlN成核层的方法有磁控溅射以及分子束外延等,为了进一步提高GaN晶体质量,本研究提出在两英寸c面蓝宝石衬底上使用等离子体增强原子层沉积(Plasma-enhanced Atomic Layer Deposition,PEALD)方法制备AlN成核层来外延GaN。相比于磁控溅射方法,PEALD方法制备AlN的晶体质量更好;相比于分子束外延方法,PEALD方法的工艺简单、成本低且产量大。沉积AlN的表征结果表明,AlN沉积速率为0.1 nm/cycle,并且AlN薄膜具有随其厚度变化而变化的岛状形貌。外延GaN表征结果表明,当沉积厚度为20.8 nm的AlN时,GaN外延层的表面最平整,均方根粗糙度为0.272 nm,同时具有最好的光学特性以及最低的位错密度。本研究提出了在PEALD制备的AlN上外延单晶GaN的新方法,沉积20.8 nm的AlN有利于外延高质量的GaN薄膜,可以用于制备高电子迁移率晶体管及发光二极管。

原子层沉积钌/氧化铝复合纳米薄膜的制备与电阻调控

目的针对目前微通道板(MCP)导电层电阻可调范围窄、性能稳定性差等问题,提出一种新的MCP导电层的制备方法。方法应用原子层沉积(ALD)工艺在硅片上沉积不同厚度的Al_(2)O_(3)和Ru薄膜,以获得较优的纳米薄膜制备工艺参数,应用扫描电子显微镜(SEM)得到薄膜的截面厚度及成膜质量,应用能量色散X射线光谱(EDS)表征了薄膜的元素组成。基于获得的优选工艺参数,在MCP基板上应用ALD工艺交替沉积Al_(2)O_(3)和Ru 2种材料,并且改变Ru与Al_(2)O_(3)的ALD循环比例,制备了一系列Ru/Al_(2)O_(3)复合纳米薄膜作为MCP导电层。对制备的一系列MCP导电层进行体电阻测试,并在不同偏压下进行体电阻稳定性测试。结果由SEM与EDS结果可知,利用ALD制备的Al_(2)O_(3)和Ru纳米薄膜成膜特性良好,且薄膜沉积速率稳定。对于镀覆于MCP内表面的Ru/Al_(2)O_(3)导电层,体电阻测试结果显示,随着复合薄膜中Ru的ALD循环次数增加,MCP体电阻明显降低,适用于MCP导电层制备的工艺参数为:Ru的ALD循环数为28~40,Al_(2)O_(3)的ALD循环数为10。在导电层制备过程中延长吹扫时间并在烘烤后随炉冷却,MCP导电层体电阻在不同偏压下具有良好的稳定性。结论利用ALD制备Ru/Al_(2)O_(3)复合纳米薄膜作为MCP导电层,实现了体电阻从几至几百兆欧的调控,工艺优化后的导电层体电阻具有良好的稳定性,对扩展导电层可选材料范围,提升MCP器件性能具有工程应用价值。

等离子体增强原子层沉积二氧化硅对多晶硅的损伤机理及防范工艺研究

文章通过电子束检测(EBI)手段研究了等离子体增强原子层沉积(PEALD) SiO_(2)过程中硅烷基酰胺类前驱体副产物对多晶硅产生不可逆损伤的机理。提出用单胺基硅烷基酰胺替代多胺基硅烷基酰胺作为前驱体,来减轻对多晶硅材料的损伤。在不损伤多晶硅前提下,进一步研究化学位阻较小的单胺基前驱体二异丙胺硅烷(DIPAS)对反应速率的影响。

原子层沉积方法制备高性能Al_(2)O_(3)介电材料教学设计

随着微电子技术向纳米尺度迈进,高性能介电材料的开发成为提升集成电路性能的关键。原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)技术以其卓越的薄膜均匀性、精确的厚度控制和良好的界面特性,在制备高性能Al_(2)O_(3)介电材料方面展现出巨大潜力。本文针对微电子科学与工程和集成电路等相关专业,设计了ALD方法制备高性能Al_(2)O_(3)介电材料的教学内容,通过介绍ALD沉积技术原理、Al_(2)O_(3)介电薄膜相关知识、实验操作流程,Al_(2)O_(3)介电薄膜的表征与分析等过程设计,旨在培养和提高学生的实践能力和创新能力。

原子层沉积金属氧化物缓冲层制备高性能大面积钙钛矿太阳电池

研制具有较大活性面积的钙钛矿太阳电池对领域面向产业化的发展具有重要意义.当前,大面积钙钛矿太阳电池的性能与小面积钙钛矿太阳电池之间仍存在较大差距.本文提出一种在透明导电薄膜衬底上预先原子层沉积TiO_(2)薄层的策略,有效避免了衬底局部突起与钙钛矿吸光层直接接触导致的漏电现象,提升了小面积器件制备工艺的重复一致性.改善的电子输运和光管理过程也提高了小面积器件的效率.更重要的是,本文基于原子层沉积的TiO_(2)开展了0.5 cm^(2)大面积钙钛矿太阳电池的研究,通过优化TiO_(2)层的厚度,研制出光电转换效率高达24.8%的冠军器件(第三方认证效率24.65%),器件的制备工艺也表现出较好的重复性.此外,原子层沉积了TiO_(2)缓冲层的电池器件在氮气氛围下存储1500 h后仍然能够保留初始性能的95%以上.总之,在粗糙衬底上预先原子层沉积TiO_(2)薄层可以有效抑制局部漏电通道的产生,有利于制备高性能的大面积钙钛矿太阳电池.

原子层沉积法制备限域型Pt基催化剂及其苯酚催化性能

选择合适的载体负载贵金属Pt纳米粒子,对于制备高效的苯酚加氢催化剂具有重要意义。使用原子层沉积技术,以碳纳米纤维作为模板,在其表面依次沉积Pt纳米粒子,厚的氧化钛壳层,通过高温烧结除去模板,得到限域在氧化钛纳米管内壁的Pt纳米粒子。在500℃烧结温度下Pt纳米粒子的粒径在2.0~3.2 nm之间,平均粒径为2.6 nm,尺寸高度一致,均匀地分散并且嵌入到氧化钛纳米管的中空管道内壁。与常规负载在氧化钛纳米管外壁的Pt纳米粒子相比,该限域催化剂的催化转化率更高,在500℃烧结温度下转化频率(TOF)值为482.1 h^(−1),表现出更好的催化活性,而且由于氧化钛纳米管的保护作用,可有效防止Pt纳米粒子在反应过程中的聚集和脱落,在反应后Pt的质量分数仅降低了4.52%,其形貌也没有发生明显改变,从而表现出优异的催化稳定性。

基于PLC的原子层沉积设备系统设计

原子层沉积技术是一种优异的真空镀膜技术,广泛应用于泛半导体领域,原子层沉积设备是实现原子层沉积技术的一种工艺系统。基于可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和人机界面(Human Machine Interface,HMI)设计了原子层沉积设备系统,通过分析原子层沉积技术的原理和工艺来设计原子层沉积设备的运行流程。系统设计过程中综合考虑系统的整体性能、成本、国产化等因素,最终确定以DVP-ES2系列PLC为控制器,以TPC1570Gn触摸屏为人机界面的控制设计方案。最后该系统以原子层沉积设备常用的单晶硅表面生长氧化铝薄膜实验作测试,通过椭偏仪来测量单晶硅表面氧化铝薄膜生长的厚度,计算每个周期氧化铝薄膜生长的厚度为结果,通过多组实验,该系统每周期生长厚度约0.125 nm,接近理论值0.12 nm,表明该控制系统达到了设计要求。

振动流化原子层沉积反应器微纳米颗粒的流化特性研究及包覆性能测试

原子层沉积可在亚纳米甚至更小尺度范围实现对微纳米颗粒表面的精准调控,但传统静态原子层沉积反应器很难实现大量微纳米颗粒的改性,针对该问题本文自主搭建了内径为26 mm、高为350 mm的振动流化原子层沉积反应器以实现微纳米颗粒的批量化精准改性。微纳米颗粒易团聚难流化,要实现均匀沉积首先需解决微纳米颗粒均匀流化的问题,本文选取粒径为20 nm的TiO_(2)和SiO_(2)颗粒以及粒径为600μm的树脂颗粒研究其在自制振动流化床反应器内的流态化行为。初始床层高度为15 mm时,由于聚团间黏性力的差异,稳定流化时TiO_(2)床层压降较高、床层膨胀率低,为鼓泡流化,SiO_(2)床层压降较低、床层膨胀率高,为散式流化。通过SiO_(2)颗粒示踪流化实验推断纳米颗粒团聚体流化过程中处于不断破裂和聚并的动态变化中。振动能够改善纳米颗粒流化过程中的沟流、结块现象,促进聚团破碎,降低颗粒最小流化速度,有助于提升气固接触效率。为检验自制原子层沉积反应器对纳米颗粒的包覆性能,在最优流化条件下以TiCl_(4)和H_(2)O为前驱体,TiO_(2)纳米颗粒为基底,80℃下原子层沉积得到致密、均匀的无定型TiO_(2)薄膜屏蔽颜料TiO_(2)的光催化活性,提升其耐候性。30次原子层沉积循环后,无定型TiO_(2)薄膜厚度达3.11 nm,其光催化活性较锐钛型TiO_(2)抑制了约90%,光催化活性屏蔽效果显著。实验结果说明自制振动流化原子层沉积反应器可实现微纳米颗粒的精准改性,具有良好的应用前景。

原子层沉积技术调控分子筛基催化剂研究进展

分子筛基催化剂在多相催化研究领域具有重要的应用,但调控活性中心粒子的结构及其在分子筛上的空间位置仍比较困难,是科研界和工业界共同面临的巨大挑战。原子层沉积(ALD)是一种先进的薄膜沉积技术,利用其自限制生长优势,可在原子级别实现对金属粒子生长过程的精准调控。本工作综述了ALD技术在制备分子筛基催化剂方面的应用,主要包括利用ALD技术控制活性位点在分子筛上的生长落位、修饰分子筛骨架结构以及选择性沉积膜调变分子筛表面结构。利用ALD技术设计和调控活性组分结构促进了分子筛基催化剂的发展,但由于分子筛孔道结构复杂且存在缺陷位,因此,ALD技术在分子筛基催化剂的设计调控及大规模应用方面仍具有挑战性,也是今后研究工作的重点。

原子层沉积Al_(2)O_(3)钝化对InAs/InGaAsSbⅡ类超晶格发光特性的影响

提出一种基于干法刻蚀与原子层沉积相结合的钝化方法,采用干法刻蚀去除InAs/InGaAsSb超晶格表面及端面固有的氧化层,利用原子层沉积Al_(2)O_(3)薄膜钝化刻蚀表面,对钝化前后光致发光光谱的表征研究其发光性能与长期稳定性。处理后超晶格的As 3d谱中As-O键相关的峰消失表明其表面的氧化物被有效去除。样品的发光强度与激发光功率之间的拟合系数α从1.17减小为1.02,表明激子主导的发光占比增加。连续五天的红外光谱测试发现,处理后样品发光强度降低为原来的89%,而未处理样品的发光强度降低为原来的76%,表明处理后超晶格表现出更好发光稳定性。本研究为提升InAs/InGaAsSb超晶格性能、促进其光电探测领域的应用提供参考。

Ⅲ族氮化物半导体及其合金的原子层沉积和应用

Ⅲ族氮化物半导体由于包含了宽的直接禁带宽度、高击穿场强、高电子饱和速度、高电子迁移率等优异的性质,自从发展以来便成为半导体领域中的一个热点.并且由于其禁带宽度可以从近紫外涵盖到红外区域,因此在传统半导体所难以实现的短波长光电子器件领域,也具有广阔的应用前景.原子层沉积由于其特殊的沉积机制可以在较低的温度下实现Ⅲ族氮化物半导体的高质量制备,通过调整原子层沉积的循环比也可以方便地调整合金材料中的成分.发展至今,原子层沉积已经成为制备Ⅲ族氮化物及其合金材料的一种重要方式.因此,本文着重介绍了近期使用原子层沉积进行Ⅲ族氮化物半导体及其合金的沉积及应用,包括使用不同前驱体、不同方式、不同类型原子层沉积,在不同温度、不同衬底上进行氮化物半导体及其合金的沉积.随后讨论了原子层沉积制备的Ⅲ族氮化物材料在不同器件中的应用.最后总结了原子层沉积在制备Ⅲ族氮化物半导体中的前景和挑战.

基于原子层沉积的高介电常数材料在DRAM中的应用

叙述了基于原子层沉积(ALD)薄膜沉积技术的铪基、锆基、钛基和钼基高介电常数(high-κ)材料的基本性能、研究现状及其在动态随机存取存储器(DRAM)中的应用。分析表明,向氧化钛、氧化锆和氧化钼中掺杂铝、铱、钌、钽等元素形成的复合high-κ材料具备更优的热力学和电学性能。基于材料物性、工艺设备等局限,仍然存在较多难题,如保证薄膜完全均匀生长、优化掺杂量、抵抗掺杂后的载流子迁移率下降等。

基于原子层沉积基底的液体分子表面增强拉曼作用距离分析

目的使用原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术探究表面增强拉曼(surface enhancement of raman scattering,SERS)效应强度随探针分子与增强表面距离的变化。方法研究使用ALD技术在SERS表面沉积不同厚度的二维材料以阻隔拉曼探针分子与表面,从而探究不同作用距离对于该表面SERS效应的削弱作用,并研究探针分子拉曼光谱强度的变化;以银-硅组合作为SERS基底,以10^(-4)mol/L浓度结晶紫水溶液作为拉曼探针进行了不同厚度二维材料下的SERS效应探究实验。结果532 nm激光波长下的液体SERS光谱强度大体上随二维材料厚度的增大而减弱。结论5 nm厚度是其作用极限距离。

基于原子层沉积IGZO场效应晶体管的接触电阻优化

氧化铟镓锌(IGZO)具有宽带隙、高迁移率、和CMOS后道工艺兼容等优势,可用于下一代高密度三维堆叠存储器。随着IGZO场效应晶体管的尺寸不断微缩,源漏接触电阻在开态时会主导器件总电阻。因此,IGZO场效应晶体管的接触电阻优化成为需要研究的一个关键问题。本文采用原子层沉积的IGZO作为沟道并制备出场效应晶体管,探究了接触金属种类及后退火工艺对IGZO场效应晶体管接触电阻的影响。结果表明,退火前镍和钛的接触电阻相当。但在Ar/O2氛围、250℃条件下退火2小时后,采用钛接触的IGZO场效应晶体管的接触电阻降低到镍接触的8.3%,实现接触电阻低至0.86 kΩ·μm,同时阈值电压正移实现了增强型器件。与此同时,制备出超短沟长(Lch=80 nm)的IGZO场效应晶体管,开态电流高达412.2μA/μm、亚阈值摆幅为88.6 mV/dec,漏致势垒降低系数低至0.02 V/V。这些结果表明,通过优化接触金属种类及后退火条件,可实现高性能IGZO场效应晶体管,并为IGZO大规模实际应用提供新思路。

原子层沉积技术应用研究进展

原子层沉积(ALD)技术作为一种优异的镀膜技术,因其沉淀的薄膜纯度高、均匀性及保形性好,还能十分精确地控制薄膜的厚度与成分,备受关注并被广泛应用于半导体、光学、光电子、太阳能等诸多领域。本文重点分析了原子层沉积技术的应用研究进展。

原子层沉积实验平台设计与教学应用

培养学生的创新思维和动手能力是新能源材料与器件专业的主要任务之一.原子层沉积技术因沉积厚度精确可控、共形性强等独特优势被广泛应用于电极材料及器件的改性.设计了一套原子层沉积技术教学平台,涵盖了原子层沉积技术的原理、优势及其在储能材料与器件领域的应用等多个单元,加强学生对储能材料与器件的认识,全面提升学生的科研能力,培养新能源材料与器件专业型人才.

原子层沉积技术发展概况

主要介绍了原子层沉积技术的历史背景、原理(包括两种自限制的反应机制、前驱体的要求与分类)以及原子层沉积本身作为一种涂层制备技术的特征和优势。重点叙述了近年来原子层沉积技术在设备和工艺方面的发展状况和最新研究成果。最后,对原子层沉积技术的发展与前景分别进行了总结和展望。

基于云服务器的原子层沉积远程监控系统设计

原子层沉积设备置于特定的超净室,设备操作人员需频繁进出超净室观察设备状态及实验数据,操作人员的工作效率受空间限制。针对这一问题,设计一种基于云服务器的原子层沉积远程监控系统,系统主要由数据采集平台、通信协议平台和远程监控平台组成。利用Automation studio搭建贝加莱可编程逻辑控制器和边缘计算网关间数据传输,结合4G和TCP/IP通信技术,使系统实现底层传感器采集到的多种数据通过贝加莱主控器和边缘计算网关实时传输到PC端和手机端的网页进行人机交互,在系统中融合AES加密算法,增强数据远程传输环节数据的保密性,提高系统整体的安全性。测试结果表明,该系统能够实时监测到原子层沉积设备进行实验时的设备状态和实验数据,解决了空间限制的问题,提高了企业生产效率,具有较好的新颖性和实用性。