金属杂质辅助低能氩离子束诱导蓝宝石自组织纳米结构

使用实验室自主研发的等离子抛光与刻蚀系统,研究了不同入射能量下不锈钢杂质辅助Ar+离子束刻蚀蓝宝石表面自组织纳米结构的形成机制。采用Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后蓝宝石样品的粗糙度、纳米结构的纵向高度和表面形貌进行了分析。研究表明:引入不锈钢杂质后,当离子束入射角度为65°、束流密度为487μA/cm^(2)、刻蚀时间为60 min、离子束入射能量为1000 eV时,蓝宝石样品表面出现了纵向高度为11.1 nm高度有序的条纹状纳米结构;随着入射能量的增加,表面开始出现岛状纳米结构;当入射能量为1200 eV时,形成了岛状与条纹状相结合的纳米结构,其纵向高度为13.6 nm;入射能量继续增加,蓝宝石表面岛状结构密度变大;当入射能量达1400 eV时,样品表面岛状结构的纵向高度为18.8 nm;入射能量为1600 eV时,样品表面出现较为有序且密集的岛状结构,其纵向高度为20.1 nm。自组织纳米结构先是以“条纹”形状出现,随着入射能量的增加,引入的金属杂质打破了在离子束溅射过程中表面生长机制和表面平滑机制的平衡状态,形成了岛状结构,该结构促进了纳米结构的生长,改变了纳米结构的有序性。

低能离子束诱导蓝宝石自组织纳米结构与光学性能研究

针对蓝宝石有序纳米结构的制备,使用微波回旋共振离子源,研究了低能Ar＋离子束在不同参数下刻蚀蓝宝石（C向）表面形成的自组织纳米结构及其光学性能。结果表明,当离子束入射能量为1200 e V、束流密度为265μA/cm2时,随着入射角度的增大（5°~40°）,样品表面出现点状自组织纳米结构,该结构的有序性较差;当增加角度到45°时,样品表面出现了有序的条纹结构,在45°~70°时,增大离子束入射角度,样品表面沿离子束入射方向出现柱状结构,而在垂直于离子束入射方向,样品表面呈现出有序的条纹结构;随着离子束入射角度的增加,样品表面的纳米条纹结构的特征波长先减小（45°~60°）后逐渐增大（60°~70°）,在60°附近,特征波长达到极小值,约为21.1 nm。在70°~75°时,样品表面呈现纵横比较大的纳米点状结构。增加离子束的作用时间,样品表面的纳米结构纵向尺寸增大,有序性增加,但纳米结构横向周期基本不变。有序纳米结构的出现使得样品的透射率得到提升。自组织结构变化是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果。

应变异质外延生长中的自组织纳米结构

具有纳米尺度的三维岛的阵列能在有应变的外延生长薄膜上自组织生长,包括反量子点和量子分子在内的其他结构在合适的生长或退火条件下也被观测到.讨论了有关这些纳米结构自组织生长的动力学蒙特卡罗模拟计算中的最新进展.

不同离子束参数诱导单晶硅纳米微结构与光学性能

使用微波回旋共振离子源，研究了低能Ar＋离子束正入射时不同离子柬能量和束流密度对单晶硅（100）表面的刻蚀效果及光学性能。结果表明，当离子柬能量为1000eV，束流密度为88-310μA／cm2时，样品表面出现自组装纳米点状结构，且随着离子柬流密度增加排列紧密而有序；粗糙度呈现先减小后迅速增大的趋势，在160~A／cm2附近达到极小值；刻蚀后，近红外波段内平均透过率由53％提高到57％以上，且随着纳米自组装结构有序性的提高而增大。当束流密度为270μA／cm2，能量为500～l500eV时。样品表面出现纳米点状结构，且随着离子束能量的增加趋于密集有序；粗糙度呈现先缓慢增加，在l100ev附近达到极大值，之后粗糙度迅速下降；刻蚀后样品透过率明显提高，且平均透过率随着点状结构有序性的提高而增大；刻蚀速率与离子束能量的平方成正比。自组织纳米结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果。

低能斜入射离子束诱导单晶硅纳米结构与光学性能研究

为了研究低能Ar＋离子束在不同入射角度下对单晶硅表面的刻蚀效果及光学性能,使用微波回旋共振离子源,对单晶Si（100）表面进行刻蚀,采用原子力显微镜、非接触式表面测量仪和傅里叶变换红外光谱仪对刻蚀后硅片的表面形貌、粗糙度和光学透过率进行了测量。实验结果表明：当离子束能量为1000 eV、束流密度为265μA.cm-2、刻蚀时间为30 min时,离子束入射角度从0°增加到30°,样品表面出现条纹状结构。入射角度在0°~15°,随着角度增加,样品表面粗糙度增加,条纹周期减小,光学透过率提高;而在15°~30°范围内,随着角度增加,粗糙度开始减小,条纹周期增大,同时光学透过率降低。继续增加入射角度,条纹状结构逐渐消失,入射角度到45°时,粗糙度和光学透过率达到最小值;增加入射角度到55°,样品表面出现自组织点状结构,表面粗糙度急剧增大,光学透过率随着角度增加开始增加;继续增加离子束入射角度到80°,表面粗糙度和光学透过率继续增加,样品表面呈现出均匀有序的自组织柱状结构;此后,随着入射角度的增加,表面粗糙度又开始减小,光学透过率降低。自组织条纹结构到柱状结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果。

蓝宝石表面纳米结构随杂质靶距离的演化

使用微波回旋共振离子源刻蚀蓝宝石(C向)表面,引入金属不锈钢杂质,研究了不同靶距处蓝宝石表面自组织纳米结构的演化规律及光学性能。采用原子力显微镜来观察样品表面的形貌变化,Taylor Surf CCI 2000白光干涉表面测量仪测量蓝宝石样片表面的粗糙度;选择X射线光电子能谱对样品表面的化学成分进行了表征。实验结果表明:当离子束能量为1000 eV,束流密度为487μA/cm^(2),入射角度为65°,刻蚀时间为60 min,蓝宝石样片与杂质靶距离从1 cm增加到4 cm时,样片表面出现岛状结构并逐渐演变为连续的条纹结构。同时,自组织纳米结构随靶距增加,有序性增加,纵向高度逐渐减小,空间频率基本不变。刻蚀后样品表面的金属杂质残留很少,微结构的形成对蓝宝石具有增透作用。在离子束溅射过程中,岛状结构的出现促进了样品表面条纹纳米结构的生长,破坏了纳米结构的有序性。

钛合金表面阳极氧化纳米管阵列膜的研究进展

自2001年美国Grimes研究组首次通过阳极氧化法制得TiO2纳米管阵列以来,由于其独特的高度有序纳米结构和广阔的应用前景引起人们的广泛研究兴趣。当前,电化学阳极氧化阀金属及其合金已经成为众多金属氧化物纳米阵列结构可控生长的有效途径之一;其中,钛及其合金表面自组织氧化物膜的制备和应用方面的研究最为深入。本文主要综述了含氟电解液体系中,钛合金表面纳米管阵列膜的阳极氧化制备、生长机制和主要应用情况,并对当前存在的一些关键问题和今后的研究前景进行简析。

SiGe材料系自组织Ge量子点研究(英文)

在当今Si基光电子研究中,SiGe材料系自组织Ge量子点是最有希望对Si材料运用能带工程实现人工改性的途径之一。Ge在Si上 4.2 %的晶格失配可以制造大小尺寸不同的纳米结构,还可适应其他多种器件需要。对自组织Ge量子点的形成过程、形貌演化、光学和电学性质,以及提高量子点平面排布有序性的方法进行了系统的分析和研究,并着重介绍了实验中发现的新现象、新模型和新方法,其中包括量子点的反常形状跃迁、自覆盖效应、Ge/Si量子点的II型能带结构。

低能离子束诱导单晶硅点状纳米结构与光学性能研究

使用微波回旋共振离子源,研究了低能Ar+束在不同入射角度下对旋转单晶硅(100)表面的刻蚀效果及其光学性能。结果表明:样品旋转、离子束能量为1000eV、束流密度为265μA/cm2、刻蚀时间为60min时,在不同入射角度下,刻蚀后的样品表面可形成均匀的自组装点状结构。入射角度为0°～25°时,随着角度增加,样品表面粗糙度增大,点状结构有序性更强,光学透射率提高;继续增加入射角度,样品表面粗糙度及点状结构尺寸开始减小,光学透射率降低;增加入射角度到45$时,自组装点状结构消失,粗糙度和平均光学透射率达到最小值分别为0.83nm和55.05%;进一步增加入射角度,样品表面再次出现自组织装点状结构,表面粗糙度急剧增大,入射角度在65$时,平均光学透射率达到极大值64.59%;此后,随着离子束入射角度的增加,表面粗糙度缓慢减小,光学透射率降低。自组织结构变化是溅射粗糙化和表面弛豫机制相互作用的结果。

低能离子束刻蚀单晶硅表面形貌与粗糙度的研究

研究了低能Ar+离子束对单晶硅表面的刻蚀效果.使用自制的冷阴极离子源,通过控制离子束的入射能量和刻蚀时间等因素,对单晶硅(100)表面进行刻蚀,采用原子力显微镜(AFM)和非接触式表面测量仪对刻蚀后硅片的表面形貌以及表面粗糙度(RMS)进行测量.实验结果表明:当离子束正入射、束流密度为20μA/cm2、刻蚀时间为30min、刻蚀距离为7cm时,入射能量从800eV增加到1 200eV的过程中,此时表面光滑起主要作用,表面粗糙度逐渐减小;继续增大入射能量到1 600eV时,表面粗糙度开始增大,当入射能量达到1 400eV时,通过AFM观察,硅片表面出现了自组织纳米点状结构,此时表面粗糙起主要作用;延长刻蚀时间同样可以看到粗糙度先减小后增加,延长刻蚀时间到90min,表面的粗糙度达到1.245nm,AFM观察表明,随着时间的增加,由于样片表面原子扩散影响,点状结构排列趋于均匀.

基于低能离子轰击的亚波长纳米结构制备

利用低能离子轰击在光刻胶表面诱导产生自组织纳米波纹结构,将其作为掩模,与反应离子束刻蚀技术相结合,在熔石英表面制备了亚波长纳米结构。与直接利用离子轰击产生的纳米结构相比,此方法制备的结构显著提高了自组织纳米结构的振幅和高宽比。这种具有表面亚波长纳米结构的熔石英样品在600~1300 nm波段范围内的透过率约为94%。初步结果显示离子轰击技术在功能性表面纳米结构制备方面极具潜力。

低能Kr^+离子束诱导蓝宝石晶体实验研究

使用微波回旋共振离子源制备蓝宝石(A向)自组织纳米结构,研究不同入射角度下Kr+离子束刻蚀蓝宝石表面形成的自组织纳米结构及其形成过程.采用等离子体与离子束刻蚀设备在不同入射角度下对蓝宝石样品表面进行刻蚀并通过Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后的蓝宝石样品的刻蚀速率及表面形貌进行分析.研究表明:当离子束能量为400eV,加速电压为200V,离子束流密度为310μA/cm^2时,小角度入射下,蓝宝石样品表面出现纵向尺度较小的有序点状纳米结构;随着入射角度的增加,样品表面形成条纹状纳米结构,30°时形成短程有序且纵横比为0.87的条纹状结构;入射角度继续增加,纵向高度减小直至纳米结构消失;当角度达到60°附近,蓝宝石表面又出现条纹状结构,70°时形成了短程有序且纵横比为1.07的条纹状结构.自组织纳米结构的形成先以"岛状"形式出现,随后岛上生长出条纹状纳米结构,随着刻蚀时间的增加,岛状条纹结构纵向尺度增大且有序性增强,纳米结构的横向周期不变.

极紫外同步辐射光表征离子束诱导的纳米波纹

离子轰击固体表面诱导的纳米结构具有小周期(10~100 nm)、大面积、准周期的特点。利用氩离子轰击在减反膜上制备出横向特征尺寸在100 nm附近、横向周期性与纵向连续性逐步明显的准周期纳米波纹结构。为了增大表征面积,利用极紫外散射法表征了上述自组织纳米波纹的形貌特征。结果显示,面内和锥角模式的极紫外散射法所获得的样品横向和纵向形貌特征,均能够与原子力扫描显微镜所获得的样品形貌特征相对应,这初步说明了此方法表征准周期纳米波纹结构基本形貌特征的可行性,为后续的定量分析提供基础。同时,利用极紫外同步辐射光表征的自组织纳米结构面积达到了mm^(2)量级,将合肥光源计量光束线的表征范围拓展到自组织纳米结构,这也为未来探索极紫外光刻掩模的散射表征等研究提供参考。

不同氪离子束参数下的蓝宝石辐照实验

在不同氪(Kr)离子束参数下,研究了微波回旋共振离子源对旋转蓝宝石样片表面的刻蚀效果。采用四因素三水平正交实验,分析了Kr^+离子束的入射角度、离子束能量、束流密度、作用时间对辐照后蓝宝石表面结构的影响规律,研究了离子束参数与蓝宝石表面粗糙度、刻蚀速率的关系。实验结果表明:当离子束入射角度为60°、能量为600eV、束流密度为239μA·cm^-2、作用时间为90min时,样品表面的粗糙度最大,且形成的表面形貌具有明显的点状结构;在同样的离子束入射角度、能量和束流密度下,作用时间为30min时,刻蚀速率最大,表面形貌点状结构密集。利用最优参数组合可得到良好的点状纳米结构、最优的粗糙度和刻蚀速率。