热丝CVD生长SiCN薄膜的研究

在HFCVD系统中采用SiH4/CH4/H2/N2混合气体成功的制备了SiCN薄膜.SEM照片显示制备的SiCN薄膜由棒状结构构成,而在HRTEM下发现这些棒状结构是由生长在无定型SiCN基体当中的纳米晶粒组成的.进一步的SAED和XRD分析说明SiCN纳米晶粒具有类似于α-Si3N4的结构.XPS和FTIR分析表明薄膜中含有Si、C、N和O几种元素以及C=N、Si-N和C-N等共价键,但是并没有观察到C-Si的存在.由实验得出结论,SiCN晶体的生长包括两个步骤:α-Si3N4团簇的生长和C取代其中Si的过程.

利用P-MBE方法在(400)Si衬底上生长ZnO薄膜

利用等离子体辅助分子束外延(P MBE)方法在(400)Si衬底上生长ZnO薄膜。为改善生长后样品的质量,把样品解理成三块后,在不同温度下氧气气氛中退火。通过X射线衍射(XRD)谱和光致发光(PL)谱进行表征,讨论了用P MBE方法在Si基上生长的ZnO的室温光致发光发光峰的可能原因。

衬底温度对ZnO薄膜生长过程和微结构的影响

从原子尺度上去研究薄膜生长过程中温度对薄膜取向性、缺陷结构以及薄膜完整性的影响和作用规律,对于解释薄膜生长的物理本质、控制生长条件、提高薄膜制备的质量具有重要意义.本文应用基于反应力场的分子动力学方法研究了ZnO薄膜(000l)表面作为衬底的薄膜沉积生长过程,初步讨论了衬底温度(200、500和800K)变化对沉积较薄ZnO膜质量的影响,部分结果与实验观察相符.结果表明,衬底温度在500K左右时,沉积原子结构径向分布函数曲线特征峰尖锐、明显,有序度较高,注入和溅射对薄膜完整性影响较小,沉积形成的薄膜结构稳定而又致密.在预置衬底表面平坦的情况下薄膜呈现一种链岛状的生长模式,每原子层均具有两种生长取向,导致其生长前锋交汇处形成了一种新的有序缺陷.

薄膜生长的多重分形谱的计算

规则分形具有理想的标度不变性 ,而随机分形 (如薄膜生长 )概率分布曲线及标度不变性的范围与计算方法有关 :以偏离平均高度的方差值求概率 ,标度不变性不好 ,多重分形谱也不光滑 ;而以薄膜平均底面为基准面求概率得到的标度不变性可延伸到 3个数量级 ,多重分形谱光滑 .采用外延的方法修正灰度设置的偏移可以对多重分形谱有所改善 .另外 ,讨论了权重因子 q取值范围的影响 ,确定了 q的取值范围 .

磁控溅射薄膜生长全过程的计算机模拟研究

本文通过建立多尺度模型,结合模拟了磁控溅射中溅射原子的产生、溅射原子的碰撞传输、以及最终成膜的全过程,研究了基板温度、溅射速率、磁场分布和靶材-基板间距对薄膜生长过程与薄膜性能的影响。模拟结果显示,提高基板温度或降低溅射速率都会增加初期生长阶段薄膜的相对密度;磁场对靶的利用率有显著的影响,而对薄膜最终形貌的影响不大;增大靶材-基板间距会降低薄膜的粗糙度。

用等离子体辅助分子束外延生长氧化锌单晶薄膜

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)方法,通过优化生长条件,在c平面蓝宝石(Al_2O_3)上生长出氧化锌(ZnO)单晶薄膜。使用反射式高能衍射仪(RHEED)原位监测到样品表面十分平整,X射线摇摆曲线(XRC)测得ZnO薄膜的<002>取向半峰全宽为0.20°,证实为ZnO单晶薄膜。室温下吸收谱(ABS)和光致发光(PL)谱显示了较强的激子吸收和发射,且无深能级(DL)发光。电学性能测量表明,生长的ZnO为n型半导体,室温下载流于浓度为7×10^(16) cm^(-3),与体单晶ZnO中的载流子浓度相当。

直流反应磁控溅射生长p型ZnO薄膜及其特性的研究

本文报道了利用直流反应磁控技术生长p型ZnO薄膜。ZnO薄膜在不同的衬底温度沉积于α Al2 O3 (0 0 0 1)衬底上 ,生长气氛为NH3 O2 中。利用X射线衍射、Hall试验和透射光谱对其性能进行研究 ,结果表明 ,ZnO薄膜为高度c轴取向 ,在 5 0 0℃的衬底温度下具有很好的结晶性能 ,而且 ,该温度下ZnO还实现了p型转变 ,电阻率为 10 3 Ω·cm ,载流子浓度 10 15cm-3 ,Hall迁移率 3 4cm2 / (V·s)。这是利用溅射技术首次制备出p ZnO薄膜。实验还表明p ZnO薄膜在可见光区域具有 90 %的高透射率 ,室温下光学带宽约为 3 2 1eV。

薄膜生长的计算机模拟

建立了一个比较合理的三维模型,并通过模拟成像和定量计算研究了薄膜生长过程中的两个重要问题,早期成核与表面粗糙度.结果表明,薄膜的长生过程是原子吸附、迁移、脱附、连带等微观过程的积累. 随着衬底温度的升高或入射率的降低,沉积在衬底上的原子逐步由各自独立的离散型分布向聚集状态转变形成岛核,并由二维岛核向三维岛核转变.衬底温度越高、入射率越低,成核尺寸越大.存在一个最佳成核温度,成核率出现一个极大值.随着衬底温度的升高,薄膜的粗糙度先降低后来又增加.存在一个生长转变温度Tr,薄膜的粗糙度达到极小值.当衬底温度小于Tr时,入射率越大,薄膜的粗糙度越大.当衬底温度大于Tr时,入射率越大,粗糙度越小.薄膜生长的主要微观机理是原子热运动对薄膜生长的影响.

PbTiO3薄膜生长的Monte Carlo模拟Ⅰ：模型与算法

提出了一种基于Monte Carlo方法的模拟多元氧化物薄膜生长的三维模型及模拟算法,并以模拟PbTiO3薄膜的生长为例加以说明.模拟中使用的晶格空间基本单元为立方体,单个的ABO3结构晶胞简化为2×2×2个立方体,并采用周期性边界条件;Monte Carlo事件由沉积事件,扩散事件和脱附事件组成;根据PbTiO3的组成确定沉积原子的种类和比例,即根据Pb∶Ti∶O为1∶1∶3的比例借助一随机数随机选择原子的种类;原子扩散能力与扩散激活能相关,单个原子的扩散步数由沉积速率与实际扩散时间决定;激活能采用库仑势计算,其大小不仅与原子周围的架构相关,而且与架构中原子的种类相关.有关模拟结果将在另文中给出.

低Al组分In_(1-x)Al_xSb薄膜的MBE生长和优化

采用分子束外延的方法进行了低Al组分In1-xAlxSb薄膜的生长和优化。通过在InSb(100)衬底上外延生长一系列不同条件的In1-xAlxSb薄膜,分析总结了衬底的热脱氧特征以及InAlSb薄膜低Al组分(2%左右)的控制,探讨了退火和InSb缓冲层的优化等参数对In1-xAlxSb外延薄膜表面形貌和质量的影响。测试结果表明薄膜质量得到极大改进。

MOCVD法氧化锌单晶薄膜生长

介绍了氧化锌材料的一些突出特性以及生长氧化锌的方法。并通过金属有机化学气相沉积 (MOCVD)方法制备了优良的氧化锌薄膜。使用X射线衍射 (XRD)谱和室温光致发光(PL)光谱对所生长氧化锌薄膜的晶体质量和光学特性进行了研究。X射线衍射谱图显示仅在2θ =34.72°处有一个很陡峭的ZnO (0 0 2 )晶面衍射峰 ,说明所制备的氧化锌薄膜c轴取向高度一致。此衍射峰的半高宽为 0 .2 82° ,显示出较好的晶体质量。在室温光致发光谱中 ,薄膜的紫外发光强度与深能级复合发光的强度比超过 10∶1。

离子束增强沉积氮化硅薄膜生长及其性能研究

用离子束增强沉积技术合成了氮化硅薄膜并研究了薄膜的组分、性能和结构.结果表明,离子束增强沉积生长的氮化硅薄膜的组分比,可借助于调节氮离子和硅原子到达率之比加以控制.在合适条件下生长的氮化硅薄膜,其红外吸收特征峰在波数为840cm^(-1)附近,光折射率在2.2到2.6之间,其组分为Si_3N_4用RBS、AES、TEM、SEM、ED及扩展电阻,测量和观察生成的氮化硅薄膜的组分深度分布及结构.发现,离子束增强沉积制备的氮化硅薄膜,存在着表面富硅层、氮化硅沉积层及混合过渡层这样的多层结构.薄膜呈球状或方块状堆积.基本上是无定形相,但局部可观察到单晶相的存在.离子束增强沉积制备的氮化硅薄膜中的含氧量比不用离子束辅助沉积的显著减少.

氮气氛下金刚石薄膜生长过程中的光发射谱研究

利用原位光发射谱对衬底附近的化学气相性质进行了研究．研究表明，氮气的引入使得金刚石生长的气相化学和表面化学性质发生了很大变化．含氮基团的萃取作用提高了金刚石表面氢原子的脱附速率，从而提高了金刚石膜的生长速率．而含氮基团的选择吸附使金刚石（１００）取向变得化学糙化，这种化学糙化使得（１００）晶面生长速率远大于其它晶面，最终使金刚石薄膜呈现（１００）织构．还利用化学气相沉积方法研究了氮气浓度对金刚石生长的影响，结果与光发射谱分析是一致的．

金属薄膜缺陷及生长模式的有限元模拟

为了从微观领域研究金属薄膜缺陷的形成和薄膜的初期生长模式,利用有限元法对金属薄膜沉积过程中的缺陷和生长模式进行了计算机模拟.以Pt原子为膜料粒子,采用刚性球入射到石墨基底,重点研究了在基底上形成的缺陷结果表明,在薄膜生长初期会形成"树桩"小岛,而当碳基底上沉积铂原子的能量值达到75 eV时,就有可能发生随机原子注入."树桩"小岛的形成使薄膜生长多为岛状生长机制,同时检验了有限元方法在微观领域中的合理性和适用性.

C-H-N体系生长金刚石薄膜

通过热力学分析从理论计算上给出了C－H－N体系中低压生长金刚石的三元相图．该相图中存在金刚石生长区．不同温度和压强下金刚石生长区几乎都位于CH4－N连线以下，并且随衬底温度的改变而有显著的变化．随着氮含量的增加，金刚石生长区向碳含量减少的方向移动．使用该相图对优化添加含氮气源生长金刚石的实验条件提供了理论依据．

化学液相沉积制备PbSe薄膜生长过程及其性能研究

采用化学液相沉积方法在醋酸铅溶液体系中制备了厚度在微米量级的PbSe薄膜,通过扫描电镜、X射线衍射和红外光谱分析等测试手段研究了PbSe薄膜的生长过程以及沉积时间对薄膜相结构、表面形貌和红外透光性能的影响。研究结果表明:随着沉积时间的增加,薄膜致密度增大,Se/Pb原子比增加,都为表面富Se的PbSe薄膜;在不同沉积时间下薄膜都为完全晶化的立方结构,各衍射峰清晰;薄膜厚度对其光学性质也有影响,随着沉积时间增加薄膜红外吸光度增大。

动力学晶格蒙特卡洛方法模拟Cu薄膜生长

利用动力学晶格蒙特卡洛方法模拟了Cu薄膜在Cu(100)面上的三维生长过程。模型中考虑了四个动力学过程:原子沉积、增原子迁移、双原子迁移和台阶边缘原子迁移,各动力学过程发生的概率由多体势函数确定。讨论了基底温度、沉积速率及原子覆盖率对Cu原子迁移、成核和表面岛生长等微观生长机制的影响;获得了Cu薄膜的表面形貌图并计算了表面粗糙度。模拟结果表明,随基底温度升高或沉积速率下降,岛的平均尺寸增大,数目减少,形状更加规则。低温时,Cu薄膜表现为分形的离散生长,高温时,Cu原子迁移能力增强形成密集的岛。Cu薄膜表面粗糙度随着基底温度的升高而迅速减小;当基底温度低于某一临界温度时,表面粗糙度随原子覆盖率或沉积速率的增大而增大;当基底温度超过临界温度时,表面粗糙度随原子覆盖率或沉积速率的变化很小,基本趋于稳定。

多晶沉积薄膜生长过程中织构演变的模拟研究

将织构组态熵的概念应用于沉积多晶薄膜织构演变的模拟研究，考虑薄膜沉积过程中晶体表面能各向异性及应变能各向异性的变化，建立了沉积薄膜晶体择优生长的定量模型；模拟了Al多晶薄膜沉积过程中晶体的生长规律，分析了织构演变的主要微观物理因素.

薄膜生长模型与计算机模拟

阐述了计算机模拟薄膜生长研究在纳米材料设计中的重要意义。通过最近多篇文献报道,归类介绍了常见的薄膜生长模型、原理及方法,并详细对比了分子动力学、蒙特卡罗和量子力学3类方法、原理及应用特点。报道了国内外近几年薄膜生长模型与模拟的一些研究成果。结合不同的方法与原理,以分子动力学结合蒙特卡罗模型为重点,简要评述了这些模型及模拟特点,并提出了作者的一些见解。分析了多元化合物薄膜生长模拟的技术难点,指出了量子力学计算理论与方法同分子动力学、蒙特卡罗模型相结合的新型模型是解决这一难题的发展方向,展望了今后国内外的发展趋势。

超薄膜生长的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo(MC)方法模拟研究了薄膜生长的初始阶段岛的形貌和岛的尺寸与基底温度和入射粒子剩余能量之间的关系.模型中考虑了粒子的沉积、吸附粒子的扩散和蒸发等过程.结果表明当基底温度从200K变化到260K时,岛的形貌经历了一个从分散生长逐渐过渡到分形生长的过程,并且在较低温度(200K)下,随入射粒子剩余能量的增加,岛的形貌也经历了同样的变化过程.进一步研究证明,随着基底温度的升高或入射粒子剩余能量的增加,沉积粒子的扩散能力显著增强,从而使岛的形貌发生了改变.