衬底偏压对反应磁控共溅射Y:HfO_(2)薄膜电学性能的影响

作为微电子器件中最具发展前景的高介电薄膜材料,HfO_(2)薄膜得到了学者们的广泛研究。低漏电流是HfO_(2)薄膜使器件获得优良性能的前提,但易受晶粒尺寸、氧空位和粗糙度等因素影响。针对反应磁控溅射所得薄膜表面粗糙度高及漏电流密度大等缺点,本文在溅射过程中通过在衬底施加偏压的方法降低了HfO_(2)薄膜的漏电流密度。结果表明:通过在衬底施加适当的偏压使得Y掺杂HfO_(2)(Y∶HfO_(2))薄膜的漏电流密度降低到8×10-8 A/cm^(2)。漏电流密度的变化与薄膜粗糙度和晶粒尺寸有关,而薄膜粗糙度和晶粒尺寸主要受衬底偏压的影响,但衬底偏压对薄膜物相的影响可以忽略。通过施加衬底偏压,利用反应磁控溅射方法制备了低漏电流和高k值Y∶HfO_(2)薄膜,可为高性能器件的制备提供基础。

PP基材表面磁控共溅射制备新型阻隔薄膜的研究

目的为了解决传统陶瓷阻隔薄膜的裂纹问题。方法采用射频磁控共溅射的方法在基底PP表面制备Ti Nx/CFy薄膜,并通过改变输入PTFE与Ti靶的射频功率比大小控制Ti Nx相与CFy相的体积分数,利用RBS与FTIR表征复合薄膜化学元素组成与结构,并根据各原子数分数结果计算出复合薄膜中Ti Nx的体积分数,建立该值与薄膜的透氧率、透湿率之间的关系。结果 Ti Nx相与CFy相的体积分数及薄膜的细部结构直接影响薄膜的透氧率与透湿率,同时也影响薄膜的柔韧性能。结论 Ti Nx相的体积分数为0.28时,复合薄膜的柔韧性能及阻隔性能最好。

磁控共溅射制备氮化钛铝薄膜及其机械性能的研究

使用磁控共聚焦溅射技术并改变溅射过程中Al的功率来制备了一系列Al含量不同的氮化钛铝(TiAlN)薄膜。在溅射过程,薄膜沉积速率和Al含量随Al的溅射功率增加而增大,而薄膜的粗糙度减小。Al含量较低时(约21%),TiAlN薄膜的硬度和弹性模量都高于TiN薄膜。而Al含量较高时(>26%),薄膜的硬度和弹性模量也随含量增加减小。

衬底温度对磁控共溅射制备的Zn(O,S)薄膜结构和光电性能的影响

采用磁控共溅射沉积法,以氧化锌和硫化锌为靶材,在不同衬底温度下制备了Zn(O,S)薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、霍尔测试仪和拉曼光谱测试仪对Zn(O,S)薄膜进行了结构和光电特性研究。结果表明:Zn(O,S)薄膜具有六方纤锌矿结构,属于二模混晶;在可见-近红外波段的吸收率小于5%;其为N型半导体,电学特性随衬底温度的变化而变化;衬底温度为200℃时制备的厚度为167 nm的Zn(O,S)薄膜的载流子浓度达到8.82×1019cm-3,迁移率为19.3 cm2/V·s,表面呈金字塔结构。

磁控共溅射SiC纳米颗粒/SiO_2基质镶嵌结构薄膜材料的微结构和光致发光特性

采用二氧化硅/碳化硅复合靶,用射频磁控共溅射技术和后高温退火的方法在Si(111)衬底上制备了碳化硅纳米颗粒/二氧化硅基质(nc-SiC/SiO2)镶嵌结构薄膜材料,用X射线衍射(XRD),傅里叶红外吸收(FTIR),扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)实验分析了薄膜的微结构以及光致发光特性。结果表明:样品薄膜经高温退火后,部分无定形SiC发生晶化,形成β-SiC纳米颗粒而较均匀地镶嵌在SiO2基质中。以280nm波长光激发薄膜表面,有较强的365nm的紫外光发射以及458nm和490nm处的蓝光发射,其发光强度随退火温度的升高显著增强,发光归结为薄膜中与Si-O相关的缺陷形成的发光中心。

磁控共溅射Al-Pb合金薄膜中固溶度的扩展

利用磁控共溅射法在液氮冷却的衬底(LNCs)上制备了Al-Pb合金薄膜,运用EDX、XRD、TEM和SEM对薄膜成分、结构及形貌进行了研究。结果表明,Al-Pb薄膜在Pb含量为7.38%～2.73%(原子分数,下同)的宽范围内,均存在Al在Pb中的fccPb(Al)亚稳过饱和置换固溶体,固溶度与膜成分相关,随薄膜Pb含量的变化,固溶度在3.03%～5.31%Al之间变化,Al-48.9%Pb膜扩展固溶度最大(5.31%Al),薄膜Pb含量降低或升高时,fccPb(Al)固溶体的固溶度下降。此结果与Miedema理论计算的Al-Pb系混合焓随Pb含量的变化趋势相似。低温衬底下Pb的体扩散弱化并导致相分离倾向降低是固溶延展的动力学原因。

基底材料对磁控共溅射Al-Cu-Fe薄膜特性的影响

采用磁控共溅射工艺来制备Al-Cu-Fe薄膜,选用抛光状态的纯Al、纯Cu和不同粗糙度的不锈钢基作为基底材料。通过原子力显微镜分析薄膜的表面形貌,利用扫描电镜能谱仪分析薄膜的元素含量;通过MTS纳米力学综合测试系统分析薄膜的结合强度和摩擦因数。分析结果表明:不锈钢作为基底材料的薄膜与基体的结合强度最大,其次为纯铝和纯铜。纯铜基底薄膜的摩擦因数最大,达到0.17,其余两种薄膜的摩擦因数均不大于0.03。而薄膜表面形貌与基底材料的原始形貌有直接的联系,基底原始粗糙度越小,薄膜的表面组织也越细;基底原始粗糙度越大,薄膜表面形成的晶粒的团聚越明显。

磁控共溅射制备Al-Cu薄膜分析

采用磁控Al和Cu靶共溅射方法,通过FJL560D2型超高真空磁控溅射仪制备薄膜。采用不同的溅射功率和退火温度来获得不同特性的薄膜。采用扫描电镜、电子探针显微分析仪、X射线衍射仪和纳米压入硬度测试仪对薄膜的组织和性能进行了分析。结果表明:Al-Cu薄膜是由细小颗粒聚集形成的致密合金薄膜。随着Cu溅射功率的增加,薄膜中的Cu含量增加,薄膜的显微硬度和弹性模量明显增加,薄膜的显微硬度和弹性模量分别为664 Hv和203GPa。薄膜中组织除α-Cu(Al)相以外,还会形成新的合金相。薄膜经过退火后,成分没有明显变化,但会加快新相的形成,如θ-Al2Cu和ω-Al7Cu2相的形成。这些相的形成对薄膜的性能有较大的影响。

磁控共溅射GaAs/SiO_2细小纳米颗粒镶嵌材料的结构和非线性光学性质(英文)

应用磁控共溅射技术和后退火方法制备了 Ga As/ Si O2 纳米颗粒镶嵌薄膜 ,并分别应用原子力显微镜、X射线衍射和卢瑟福背散射实验来观测薄膜的形貌、相结构和化学组分 .结果表明 Ga As纳米颗粒的平均直径很小 (约为1.5～ 3.2 nm) ,且均匀地分布于 Si O2 之中 ,薄膜中的 Ga As和 Si O2 组分都符合化学计量关系 .应用脉冲激光高斯光束对薄膜的光学非线性进行了 Z扫描测试和分析 .结果表明 ,薄膜的三阶光学非线性折射率系数和非线性吸收系数都由于量子限制效应而大大地增强 ,在非共振条件下 ,它们分别约为 4× 10 - 1 2 m2 / W和 2× 10 - 5m/ W,在准共振的条件下 ,它们分别约为 2× 10 - 1 1 m2 / W和 - 1× 10 - 4m/ W.

射频磁控共溅射高温NH_3退火制备CuO/SiO_2复合薄膜的微观结构

采用射频磁控共溅射法在硅衬底上沉积Cu/SiO2复合薄膜,然后在NH3保护下高温退火,再于空气中自然冷却氧化,形成CuO结构,对其微观结构进行分析。随着退火温度的升高,CuO由单斜晶相逐渐转变为立方晶相,CuO薄膜结晶质量提高。样品于900℃和1 100℃退火后,形成有序散落的微米级颗粒,前者由粒状团簇组成,颗粒表面比较粗糙,后者由片融状小颗粒融合而成,颗粒表面比较光滑。

磁控共溅射法制备Zn_(1-x)Cr_xO薄膜及其结构性能

本文采用磁控共溅射方法在玻璃衬底上制备了Cr掺杂ZnO薄膜,通过改变Cr溅射功率,从而改变Cr的掺杂量.介绍了Zn1-xCrxO薄膜的制备方法,分别用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对不同Cr溅射功率的一系列薄膜的结构,成份、元素含量及价态等性能进行了分析.结果表明,Cr溅射功率为20 W的样品,具有最好的c轴择优取向,Cr以+3价形式掺入薄膜中,Cr3+替代了部分Zn2+.

磁控共溅射法制备Sn-Cu复合薄膜材料及其电化学性能研究

采用磁控共溅射法在Cu箔上制备了Sn-Cu复合薄膜材料,探究了Cu靶的溅射功率对Sn-Cu复合薄膜材料电化学性能的影响。研究发现,当Cu靶的溅射功率为25W和充放电电流为120mA/g时,Sn-Cu复合薄膜材料的首周充电容量约为720mAh/g,首周库仑效率为77.9%。当充放电电流密度为300mA/g时,其充电比容量高达654.9mAh/g,100周循环后,仍可以维持在348.3mAh/g,容量保持率高达53.2%,具有较好的循环稳定性和优异的倍率性能。

磁控共溅射W-Cu复合薄膜的工艺优化及性能研究

采用磁控共溅射沉积工艺,结合正交试验方法制备W-Cu复合薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)观察W-Cu复合薄膜表面形貌,能谱仪(EDS)分析复合薄膜成分。微小力测试系统、纳米压痕仪及四探针仪分别测试复合薄膜的屈服强度σ_(0.2)、裂纹萌生临界应变ε_(c)、显微硬度H及电阻率ρ。结果表明,靶功率密度PD、溅射气压P及靶基距D_(TS)这三个工艺参数影响W-Cu复合薄膜的成分、沉积率、微观结构及力学和电学性能。优化的工艺参数为:PD=10 W/cm^(2)、P=2 Pa、D_(TS)=150 mm。该工艺条件下制备的W-Cu复合薄膜中Cu含量为42.2%(原子分数),沉积率6.6 nm/min。其性能为σ_(0.2)=0.86 GPa,ε_(c)=0.62%,H=7.35 GPa,ρ=19.6μΩ·cm。该复合膜微观结构呈均质化特征,W和Cu组元分布均匀。

基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

磁控双靶反应共溅射(Ti,Al)N薄膜的研究

采用磁控双靶反应共溅射技术制备出了(Ti0.5Al0.5)N耐磨硬质薄膜,其显微硬度高于35GPa,摩擦系数小于0.18。实验结果表明当N2流量较低时,(Ti,Al)N薄膜结构和性能随N2流量变化明显;当N2流量较高时,薄膜结构和性能变化缓慢。等离子体发射光谱仪(PEM)对磁控反应溅射过程监测结果表明,钛铝原子与氮原子反应存在一个临界点,低于临界点,磁控反应溅射为金属态溅射模式,高于临界点,磁控溅射向非金属态溅射模式转变,溅射速率降低。

射频磁控共溅射GaAs/SiO_2纳米颗粒镶嵌薄膜的光学性质

应用射频磁控共溅射方法和真空退火方法制备了GaAs SiO2 纳米颗粒镶嵌薄膜 .X射线衍射实验结果表明 ,经高温退火的薄膜中形成了面心立方闪锌矿结构的GaAs纳米晶粒 ,晶粒平均直径为 1.5— 3.2nm .吸收光谱展示了由于强量子限域引起的 1.5— 2eV的吸收边蓝移 .室温光致荧光 (PL)光谱显示了电子 重空穴激子与电子 劈裂空穴激子的近紫外和紫外双PL谱峰以及深俘获态的PL谱峰 .对实验吸收边蓝移量与有效质量模型的蓝移量的悬殊差别、俘获态PL谱的形成以及PL谱线的特征作了解释 .应用激光Z扫描技术测量了退火温度为 5 0 0℃的复合膜在非共振条件下的光学非线性 ,结果表明 ,复合膜的非线性折射率系数和非线性吸收系数都比块材GaAs相应的系数增大了 5个数量级 .

FeCrNiMoCu高熵合金涂层的多靶磁控共溅射制备及微结构分析

采用多靶磁控共溅射技术的单靶功率可调特点,在304不锈钢基体上,制备出了FeCrNiMoCu高熵合金涂层。通过纳米压入(Nanoindentation)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等对不同组分含量的FeCrNiMoCu高熵合金涂层的纳米硬度、微观结构及形貌进行了表征。结果表明:磁控共溅射法制备的FeCrNiMoCu涂层具有简单的fcc结构和高的纳米硬度,表面硬度随铁元素含量上升而增加。

磁控双靶共溅射磁致伸缩TbFe薄膜的研究

采用直流磁控双靶共溅射方法,在玻璃基片上制备了非晶态的TbFe磁致伸缩薄膜,研究了溅射功率、工作气压等工艺参数对薄膜成分的影响。研究结果表明:当溅射功率从20 W增加到100 W时,TbFe薄膜中Tb含量从35.77at%增加到44.54at%;工作气压从0.2 Pa增加到1.0 Pa时,TbFe薄膜中Tb含量从38.02at%增加到44.1at%。重点研究了真空退火处理对TbFe薄膜磁性及磁致伸缩性能的影响。结果表明,真空退火处理有利于提高平行于膜面的饱和磁化强度和磁导率;350℃真空退火60 min,在外加磁场为5 kOe条件下,TbFe薄膜的磁致伸缩系数可达到351×10-6。

磁控共溅射沉积Al-Al_2O_3复合膜的结构与性能

用直流(DC)和射频(RF)磁控共溅射法在硅衬底上制备Al-Al_2O_3复合膜,用射频磁控溅射Al_2O_3膜作对比。通过XPS、XRD、HRTEM、FESEM和SPM研究了Al-Al_2O_3复合膜和纯Al_2O_3膜的微观结构和表面形貌,用纳米压痕仪和材料表面性能测试仪测试了样品的显微硬度和抗摩擦磨损性能。结果表明,当射频功率PRF恒定时,Al-Al_2O_3复合膜中Al相的含量和晶粒尺寸与直流功率PDC呈正比关系,Al的加入使Al-Al_2O_3复合膜中非晶态的Al_2O_3颗粒细化,相比纯Al_2O_3膜,表面粗糙度明显降低,并对复合膜力学性能产生影响。Al-Al_2O_3复合膜的硬度高于纯Al_2O_3膜,并具有更加优异的抗摩擦磨损性。直流功率PDC=50 W时,Al-Al_2O_3复合膜综合性能最佳,硬度达到14.4 GPa,摩擦因数低至0.15。

N_2流量对反应共溅射TiN/Ni纳米复合膜结构和结合强度的影响

以高纯Ti和Ni为靶材,在不同N_2气流量下反应磁控共溅射了TiN/Ni纳米复合膜,采用原子力显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、场发射扫描电镜和划痕试验研究了N_2气流量对复合膜微结构、界面结合力和摩擦系数的影响。结果表明,共溅射TiN/Ni纳米复合膜组织细小、表面光滑、致密。TiN为fcc结构,其择优取向为(111)面。随N_2气流量增加,复合膜孔隙率、晶粒尺寸和沉积速率均出现不同程度的下降;而膜表面粗糙度先减小后增大,界面结合力则先提高后下降。本实验条件下,在N_2气流量为16mL/min时所沉积的复合膜表面粗糙度最小、界面结合力最好,分别为2.75nm和44.6N,此时复合膜的摩擦系数最低,为0.14。