直流、射频磁控溅射制备钌薄膜的微观结构及电学性能分析

为了探索直流和射频磁控溅射制备钌薄膜的微观结构及性能差异,进而指导薄膜制备工艺优化。采用直流和射频磁控溅射法在SiO_(2)/Si(100)衬底上沉积不同时间和温度的钌薄膜;通过高分辨场发射扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微镜、四探针等方法研究不同溅射电源下制备的钌薄膜的微观结构和电学性能。结果表明,在相同溅射条件下,DC-Ru薄膜的结晶性优于RF-Ru薄膜;其厚度大于RF-Ru薄膜,满足tDC≈2tRF;其沉积速率高于RF-Ru薄膜,满足vDC≈2vRF。然而,其电阻率却高于RF-Ru薄膜,这主要得益于RF-Ru薄膜的致密度较高,从而降低了电子对缺陷的散射效应。

沉积温度对磁控溅射镀钌薄膜微观结构和附着力的影响

采用中频磁控溅射技术在钼圆片表面镀覆钌薄膜,通过X射线衍射仪、扫描电镜、平整度仪、宏观浸蚀试验和百格测试等对镀层进行表征和检测,研究不同沉积温度对薄膜微观结构和附着力的影响。结果表明,随着沉积温度由室温升至200℃,钌薄膜的表面平整性和致密性逐步改善,附着力得以提高;200℃沉积薄膜的膜/基结合力最大,其微观结构、致密性等也均达到最优;但当沉积温度进一步提高到300℃时,钌薄膜的表面起伏反而增大,附着力有所下降。

磁控溅射沉积钌薄膜的微观结构及生长过程

采用射频磁控溅射,通过改变基底温度、溅射时间、基底形貌,制备不同参数的钌薄膜。结果表明,该工艺制备的钌薄膜均没有明显的择优取向。随着溅射温度的升高,薄膜的致密性不断提高,表面由平整向起伏型结构转变,晶粒尺寸出现先增大后减小的趋势。随着溅射时间的增加,晶粒尺寸小幅增加,晶粒由圆形状演变为致密的长条状。在表面形貌较平坦的基底上更易获得光滑而致密的钌薄膜。在此基础上,研究并讨论了不同基底形貌上钌薄膜的生长方式。

X射线自由电子激光与金属钌相互作用双温模型的数值分析

金属钌(Ru)具有优异的力学性能和化学稳定性,同时具有高反射率、较大临界角等优异性能,是自由电子激光装置中光学元件的候选镀层材料之一。本文对X射线自由电子激光(X-ray Free-electron Lasers,XFEL)脉冲与金属钌薄膜相互作用过程进行了模拟,采用数值方法求解双温模型(Two-temperature Model,TTM),得到了电子和晶格温度随时间的演化规律。获得激光的脉冲宽度、能量密度、穿透深度、材料的电声子耦合系数等对激光与金属钌相互作用过程中热效应的影响规律。通过对X射线自由电子激光脉冲与金属相互作用过程的双温模型数值解,可以获得材料中电子和晶格温度随时间的演化规律,并探究光源的参数对其热传输过程的影响。研究发现,金属钌晶格平衡温度与能量密度呈正相关;金属钌电子最高温度随脉冲宽度的增加而降低;金属钌的晶格平衡温度随穿透深度的减小而增加,最终趋于稳定;电子-声子平衡时间与电声子耦合系数呈负相关。本文获得X射线自由电子激光脉冲与金属钌相互作用的相关数据及基本演化规律,有助于进一步理解金属钌在激光辐照作用下材料的热效应演化机制,为自由电子激光装置光学元件薄膜材料的选取及辐照性能分析提供理论依据。

贵金属钌的制备、性能及应用研究进展

贵金属钌在现代工业中具有广泛的应用。本文首先介绍了钌块体的制备方法,对钌块体的塑性、机加工性能及其影响因素进行了分析,介绍了X衍射测定钌块体内应力的方法;其次,综述了钌薄膜的制备方法,介绍了钌薄膜在集成电路中作为铜的粘结层/扩散阻挡层、磁记录媒介中作为中间层/籽晶层、抗氧化保护层材料及电接触材料等方面的应用;最后,总结了目前钌研究的不足之处,并对其未来发展进行了展望。

碱性介质中纳米薄膜Ru电极上CO吸附的异常红外效应

研制纳米级厚度的Ru薄膜电极 ,并运用电化学原位FTIR反射光谱研究碱性介质中CO的吸附。检测到CO以线型吸附态为主 ,但也存在少量桥式吸附态 ,分别在 196 0和 1780cm-1附近给出红外吸收谱峰。发现纳米Ru膜电极具有异常红外效应 ,即CO谱峰方向倒反 ,强度增强和半峰宽增加。测得在碱性溶液中吸附态CO的红外吸收被增强了 33倍 ,其增强因子是酸性溶液中的两倍左右。

超级电容器RuO_2·nH_2O电极材料的热处理工艺

以RuCl3·3H2O水溶液为电沉积液,采用直流-示差脉冲组合电沉积技术制备超级电容器用钽基RuO2·nH2O薄膜阴极材料。借助扫描电镜、X射线衍射仪和电化学分析仪,研究RuO2·nH2O薄膜的微观形貌、物相结构、循环伏安和充放电性能。实验结果表明:RuCl3·3H2O先驱体经热处理后转变成RuO2·nH2O薄膜,呈不定形结构时能获得较大的比电容;随着热处理温度的升高,薄膜材料的附着力提高,RuO2·nH2O薄膜由不定形结构向晶体结构转变,随之薄膜的比电容下降;在300℃热处理的RuO2·nH2O薄膜电极材料,其比电容为466F/g,薄膜与钽基体的附着力为11.3MPa,薄膜的单位面积质量为2.5mg/cm2,1000次充放电循环后比电容为循环前的93.1%。