脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层膜的变形机理研究

本文采用纳秒脉冲激光沉积法在单晶硅试样表面制备了调制周期为20nm和200nm的TiN/AlN硬质多层膜,通过有限元模拟和纳米压痕方法研究了调制周期对多层膜的开裂机理的影响。结果表明:调制周期200nm时,载荷致使能量表层积累形成应力集中,一定程度后界面应变梯度劣化促使界面裂纹萌生、扩展。载荷继续增加后,主裂纹沿纵向扩展,其两侧也形成新的应力集中区,原有应力释放。薄膜应力近表层的应力集中超过多层膜的强度极限时,多层膜表层发生开裂。调制周期20nm时,加载诱导应力沿着AlN软膜向多层薄膜内部传递,能量在纵深方向累积储存,直至超过薄膜的屈服极限时,多层膜内部损伤失效。

脉冲激光沉积制备TiN/AlN多层薄膜及其工艺研究

本文采用脉冲激光沉积(PLD)法,在单晶硅试样表面上沉积制备了TiN/AlN多层硬质薄膜;研究了激光能量、靶衬距离和基体温度等工艺参数对薄膜性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度仪方法研究了薄膜的性能。结果表明:薄膜由TiN和立方AlN细晶和无定型的非晶TiN、AlN组成,薄膜的调制周期尺寸均在λ=(50-200)nm范围内,多层结构界面清晰;当多层薄膜调制周期在100nm以下时,薄膜的显微硬度明显高于TiN和AlN的混合硬度值。

基于SVR的脉冲激光沉积TiN/AlN多层薄膜的工艺优化

根据脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si试样表面沉积制备多层TiN/AlN硬质膜实验数据,应用基于粒子群算法(PSO)寻优的支持向量回归(SVR)方法,建立不同工艺参数下沉积的TiN/AlN多层膜的AlN膜厚及TiN薄膜硬度的SVR预测模型。在相同的训练与测试样本集下,将SVR所得的AlN膜厚预测值与免疫径向基函数(IRBF)神经网络的计算结果进行比较。结果表明,SVR模型训练和预测结果的平均绝对百分误差要比IRBFNN模型的小,其预测精度更高,预测效果更好。应用SVR的TiN薄膜硬度模型对PLD法沉积TiN薄膜的工艺参数进行了优化,分析了多因素对PLD法沉积TiN薄膜硬度的交互作用和影响。该方法可为人们利用PLD法沉积TiN/AlN多层功能薄膜提供科学的理论指导,具有重要的理论意义和实用价值。

脉冲激光沉积(PLD)的研究动态与新发展

介绍了脉冲激光沉积薄膜技术的原理、特点,详细探讨了脉冲激光沉积的研究动态和发展趋势。大量研究表明,PLD 技术是目前制备薄膜的最好方法之一。

脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜

为解决类金刚石膜内应力极大的问题,利用很薄的岛状结构锗层与较厚的类金刚石层循环,设计并制备了具有低内应力的多层类金刚石膜。其中,类金刚石层为主要功能膜层,起到硬质保护和光学增透的作用;而锗层作为缓冲层,起到缓解纯类金刚石膜内应力过大的问题,同时由于锗层很薄,对整个膜层的机械性能和红外特性的影响很小。测试表明,制备的多层类金刚石膜内应力为2.14 GPa,比纯类金刚石膜降低了39%,通过了GJB2485-95《光学膜层通用规范》中的重摩擦测试;同时,其纳米硬度仍保持在47 GPa的高水平。该多层类金刚石膜可以作为实际应用的红外窗口保护膜。

溅射Ga_2O_3反应自组装和脉冲激光沉积(PLD)法制备GaN薄膜

用溅射Ga2O3反应自组装和脉冲激光沉积(PLD)法分别在硅和蓝宝石衬底上制备CaN薄膜,用X射线衍射图谱(XRD)和原子力显微镜(AFM)对GaN薄膜的结构和形貌进行分析,结果表明,采用两种方法在两种衬底上均可制备出结晶较好的CaN薄膜,但硅衬底上制备的GaN薄膜的晶粒明显大于在蓝宝石衬底上制备的GaN薄膜的晶粒,进一步表明硅基溅射Ga2O3反应自组装GaN薄膜晶化程度较高.

AlN缓冲层厚度对脉冲激光沉积技术生长的GaN薄膜性能的影响

在蓝宝石(Al2O3)衬底上应用脉冲激光沉积技术(PLD)生长不同厚度的AlN缓冲层后进行GaN薄膜外延生长。采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)和扫描电子显微镜(SEM)对外延生长所得GaN薄膜的晶体质量和表面形貌进行了表征。测试结果表明:相比直接在Al2O3衬底上生长的GaN薄膜,通过生长AlN缓冲层的GaN薄膜虽然晶体质量较差,但表面较平整;而且随着AlN缓冲层厚度的增加,GaN薄膜的晶体质量和表面平整度均逐渐提高。可见,AlN缓冲层厚度对在Al2O3衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响。

在金属基带上用激光脉冲沉积法制备帽子层CeO_2的研究

利用脉冲激光沉积法在带有Y2O3、YSZ隔离层的金属基带上制备了CeO2帽子层。主要讨论了温度、激光脉冲频率对CeO2隔离层的影响，用X射线θ～2θ扫描、Φ扫描对薄膜的取向和织构进行表征。结果表明在温度为610℃、激光频率为10Hz、1Pa氧压下制备的CeO2隔离层能有效地继承衬底的织构，平均平面内中扫描半高宽度为6．9°。扫描电镜可以观察到薄膜表面致密且无裂纹，原子力显微镜观测表面平均粗糙度在10nm以下。

脉冲激光沉积La_(1/3)(Ca_(2/3)Sr_(1/3))_(2/3)MnO_3薄膜结构及输运特性的研究

采用PLD法在LaAlO_3(012)单晶衬底上外延生长了高、双掺杂La_(1／3)(Ca_(2／3)Sr_(1／3))(2／3)MnO_3(LCSMO)薄膜。薄膜的X射线衍射谱表明,薄膜具有钙钛矿赝立方结构,且具有(012)方向的择优取向；用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行了分析,发现薄膜表面相对比较平坦；在密封的液氮杜瓦瓶里用四探针法对薄膜的输运特性进行了测试,电阻-温度试验曲线表明,在温度77K～400K的范围内薄膜呈现类半导体特性,没有金属-绝缘体转变温度(T_(Ml))出现；薄膜的红外透射谱在606cm^(-1)处有一个很强的吸收峰,由红外透射谱计算出光学能隙E_(opt)大约为0.7eV,薄膜的光学折射率为1.373。分析认为LCSMO薄膜的类半导体特性是由于A离子半径变化引起晶格畸变造成的。

飞秒脉冲激光沉积Si基α轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜及Ⅰ-Ⅴ特性研究

采用飞秒脉冲激光沉积系统,在Si(111)衬底上制备了a轴和c轴择优取向的Bi4Ti3O12薄膜．X射线衍射(XRD)表明:室温(20℃)下沉积的Bi4Ti3O12／Si(111)薄膜呈c轴择优取向,晶粒的平均直径为20nm．在500℃沉积的Bi4Ti3O12／Si(111)薄膜呈a轴择优取向．测量了薄膜的电滞回线和Ⅰ-Ⅴ特性曲线,并用分布参数电路研究了Bi4Ti3O12薄膜的,Ⅰ-Ⅴ特性曲线和铁电性的关联性．a轴择优取向Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度Pr=15μC／cm2,矫顽力Ec=48kV／cm．

NaF薄膜的脉冲激光沉积法制备与结构研究

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)衬底上制备了NaF薄膜。在激光重复频率2 Hz,能量密度3 J/cm2,本底真空度5×10-5Pa的条件下,研究衬底温度对薄膜沉积速率及结构的影响。台阶仪分析表明:薄膜的沉积速率随衬底温度增加呈指数函数增加,算出NaF薄膜的反应激活能为48.67 kJ/mol。原子力显微镜分析表明:薄膜致密而光滑,均方根粗糙度为0.553 nm。扫描电镜截面微观形貌分析表明:薄膜呈现柱状结构。X射线衍射分析表明:NaF薄膜为面心立方晶体结构,并具有显著的择优取向;当衬底温度约为400℃时,平均晶粒尺寸最大(129.6 nm),晶格微应变最小(0.225%)。

脉冲激光沉积法生长In掺杂SrTiO3薄膜及其微观结构研究

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在MgO/TiN/Si(100)衬底上,生长不同In掺杂量的SrIn_xTi_(1-x)O_3(x=0、0.1、0.2)薄膜,研究In掺杂及本征SrTiO_3(STO)缓冲层对薄膜结晶性能、表面形貌、生长模式及紫外拉曼光谱特性的影响.结果表明,In掺杂导致薄膜结晶度降低,通过引入本征STO缓冲层可有效提高In掺杂STO薄膜的结晶度,增强薄膜的(200)择优取向性.然而随In掺杂量的增加,薄膜表面平均粗糙度增大;生长模式由层状生长转变为岛状-层状复合模式;拉曼一次声子振动模式峰强逐渐增强,说明薄膜的晶体对称性降低.

脉冲激光沉积类金刚石薄膜的厚度均匀性建模

在脉冲激光沉积类金刚石薄膜过程中,针对薄膜均匀性差的问题,提出偏轴沉积、脉冲激光扫描沉积、双光束沉积和多光束沉积等模式来改善薄膜的均匀性。初步建立了脉冲激光沉积类金刚石薄膜厚度均匀性模型,并分别进行了薄膜厚度分布的模拟,在模拟过程中,强调了在不影响薄膜性能的基础上改善薄膜均匀性,并讨论了沉积模式对薄膜颗粒物问题的影响。结果表明,采用多光束沉积薄膜,厚度均匀性得到极大改善,而且颗粒物问题也得到了改善。最后提出模型改良意见。

纳米薄膜脉冲激光沉积技术

简要介绍了脉冲激光薄膜沉积 (PLD)技术的物理原理、独具的特点 ,并且介绍了在PLD基础上结合分子束外延 (MBE)特点发展起来的激光分子束外延 (L -MBE) ,以及采用L

WO_3/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．

直流放电辅助脉冲激光沉积Si基GaN薄膜的结构特征

采用直流放电辅助脉冲激光沉积技术 ,在 Si(111)衬底上生长了 Ga N薄膜 .XRD、AFM、PL 和 Hall测量的结果表明在 2～ 2 0 Pa沉积气压范围内 ,提高沉积气压有利提高 Ga N薄膜的结晶质量 ;在 15 0～ 2 2 0 m J/ Pluse入射激光脉冲强度范围内 ,随着入射激光脉冲强度的提高 ,Ga N薄膜表面结构得到改善 .研究发现 ,在 70 0℃衬底温度、2 0 Pa的沉积气压和 2 2 0 m J/ Pluse的入射激光脉冲强度的优化工艺条件下 ,所沉积生长的 Ga N薄膜具有良好的结构质量和光电性能 .

铌酸盐无铅压电薄膜的脉冲激光沉积制备研究

采用脉冲激光沉积(PLD)在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了新型Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3无铅压电陶瓷薄膜,分别利用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了该薄膜的晶体结构及表面形貌,分析研究了制备技术和工艺对薄膜晶体结构及表面形貌的影响。研究结果表明:薄膜的热处理温度和氧气压力对所生长的薄膜影响较大;制备Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3薄膜的最佳退火温度和氧气压力分别为650℃和30 Pa;利用脉冲激光沉积的Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3无铅压电陶瓷薄膜具有精细的表面结构。

靶衬间距对脉冲激光沉积薄膜均匀性的影响

以国产脉冲激光沉积设备(PLD-Ⅲ型)在玻璃衬底上沉积Ti O2薄膜为例,研究了PLD法制膜过程中靶衬间距对薄膜均匀性的影响.实验过程中,以Ti O2陶瓷片作为靶材,玻璃作为衬底,保持其他工艺条件(如单脉冲能量、脉冲频率、沉积脉冲总数、衬底温度等)不变,专门考察了不同靶衬间距下,Ti O2薄膜在整个衬底台平面区域的沉积分布状况.结果表明,按样品的表观灰度划分,薄膜沉积的相对均匀区可分为2～3个轴对称区域,分别对应不同的沉积速率和厚度;在一定范围内调节靶衬间距(3.00～7.00 cm),可使高速率沉积区逐渐由轴对称的圆环状变为中心大圆斑(直径约2.20 cm).结合PLD沉积原理与靶衬之间的几何关系,分析了导致上述结果的机理.