CVD法制备单层二硒化钨薄膜及其生长机制研究

二硒化钨(WSe2)是一种具有较高带隙的半导体材料,其结构类似于石墨烯,具有优异的光电特性,在互补逻辑电路、场效应晶体管以及气敏传感器等领域具有潜在的应用价值。本实验采用化学气相沉积法(CVD)实现了大面积、高质量单层WSe2薄膜的制备,利用XPS、AFM、Raman对薄膜进行了表征,探究了基片到钨源的距离和生长温度对样品的形貌、尺寸及形核密度的影响。从晶体生长学的角度,用不同n(W):n(Se)(■0.5,>0.5,=0.5)生长模型解释了不同形貌WSe2薄膜的生长机制,为可调控二维半导体单层薄膜制备工艺的优化提供了参考。

反应溅射氮化钨薄膜特性研究

本文采用两种溅射系统:射频磁控溅射系统和S枪溅射系统淀积了氮化钨薄膜。X射线衍射方法(XRD)、俄歇电子谱(AES)和电学测量等方法用来分析了氮化钨薄膜的组分、晶体结构和薄膜的电阻率。并研究了氮在氮、氩混合气体中的不同流量比对氮化钨薄膜特性的影响。用卢瑟福背散射(RBS)方法对比研究了纯钨薄膜和氮化钨薄膜在Al/W/Si和Al/WN_x/Si两种金属化系统中的扩散势垒特性。分析结果表明,Al/W/Si金属化系统经500℃、30分钟热退火后,出现了明显的互扩散现象;而Al/WN_x/Si金属化系统在550℃、30分钟热退火后,没有发现互扩散的迹象,说明氮化钨在硅集成电路中是一种有效的扩散势垒材料。

溅射钨薄膜热稳定性的研究

对使用磁控溅射法沉积的钨薄膜进行了热退火研究.指出,在低于300 ℃的退火温度范围内钨膜的结构和电学性质是不稳定的.

Ar^+能量及低能轰击对离子溅射铜钨薄膜结构的影响

研究了双离子束溅射制备铜钨薄膜时Ar+能量及低能辅助轰击对膜结构的影响。实验结果表明,以铜为衬底,铜靶Ar+能量在1～2keV、钨靶Ar+能量在3keV左右时,离子溅射铜钨薄膜是以钨的非晶态为骨架机械夹杂着铜晶粒的方式存在。铜晶粒度随铜靶Ar+能量增加略有增大。当Ar+能量高到临界值(约为1.5keV)时,少量铜转变成单晶态和熔进钨形成固溶体。受晶体缺陷及晶格畸变影响,铜衍射峰会发生微小偏移。

离子束溅射铜钨薄膜的结构

为了进一步探讨离子束溅射铜钨薄膜的结构,在铁片上离子束溅射铜钨薄膜,研究了轰击离子束能量及低能辅助轰击方式对薄膜相结构和厚度的影响。结果表明:随轰击铜靶离子束能量增加,钨由近似非晶亚稳态转变成晶态;由于溅射粒子落到基片前的反射效应,薄膜中间比边缘薄,且随轰击铜靶离子束能量增加,薄膜变薄到一定程度时开始增厚;当使用低能辅助轰击时,原子喷丸效应使薄膜难以沉积。

碲化钨薄膜的红外近场光学成像

研究了过渡金属硫族化合物碲化钨的近场光学响应,通过Drude-Lorentz模型拟合得到其块材在室温下的介电常数,并利用有限偶极模型计算出碲化钨样品与金刚石基底的近场散射信号比。当样品边缘未出现散射信号增强时,实验结果与理论模型符合较好;当样品边缘出现信号增强现象时,理论模型与实验观测结果不符,说明这部分样品的光学性质并不能完全由块材所描述,从而推测样品表面具有与块材无耦合作用的碲化钨纳米薄层,同时对在样品边缘很强的近场散射信号给出了可能的解释。这个工作为今后对拓扑材料的光学研究提供了参考。

二硫化钨薄膜的摩擦学性能研究

对二硫化钨薄膜在304不锈钢基体上的摩擦学性能进行了研究。用直流磁控溅射法在304不锈钢基体上制备了二硫化钨薄膜,该膜层结构致密,与基体的结合力良好,提高了基体的硬度,降低了基体的弹性模量。二硫化钨薄膜中的硫元素与钨元素的质量比为1.582。用往复式球-盘摩擦磨损试验机研究了二硫化钨薄膜在干摩擦下和在聚α-烯烃(PAO)润滑下的摩擦学性能。在干摩擦下,二硫化钨薄膜不仅能有效地降低304不锈钢基片的摩擦因数,而且平稳。在PAO润滑下,二硫化钨薄膜将基体的抗磨性能提高了40倍以上,摩擦因数从0.09下降到0.07,同时表现出自修复效应。在PAO润滑下,二硫化钨薄膜可有效地改善304不锈钢基体的摩擦学性能,延长304不锈钢基体的使用寿命。

纳米二硫化钨薄膜的应用研究现状

纳米二硫化钨薄膜有着非常优异的性能:物化性能稳定、导电性特殊、有特殊的润滑性能。应用于新型润滑领域,可以抵抗苛刻环境的影响;应用于高温模锻行业,制造出的工件材质均匀、强度好。因此,纳米二硫化钨薄膜有着非常好的应用前景,但是大规模工业化还需要一定的过程。

低压等离子喷涂钨薄膜及纳米粉末

本文采用了一种新的等离子化学工艺来制备钨薄膜。这种工艺采用超细粉或前驱体作为原料,利用低压下等离子使原料气化,蒸发沉积成纳米尺寸颗粒,形成等轴晶和柱状晶结构,这与传统的等离子喷涂差异很大,传统的等离子喷涂得到的颗粒为典型的扁平化结构。颗粒尺寸分析表明这种技术制备的钨粉末粒度为30～150nm,制备的沉积层中的钨颗粒尺寸较大,这主要是因为晶粒长大引起的。

溅射功率和气压对直流磁控溅射制备钨薄膜的影响

采用DC磁控溅射技术在硅衬底上制备钨薄膜,探究了溅射功率和气压对钨薄膜沉积速率、电阻率和相结构的影响。采用原子力显微镜、XRD、轮廓仪、四探针测电阻表征了薄膜的微观结构和电学性能。结果表明,薄膜的沉积速率受溅射功率和气压共同影响,随功率的增加呈线性增加,随溅射气压的增加先达到峰值,然后下降。薄膜的电阻率和表面粗糙度的大小依赖于溅射气压,且随溅射气压的增加而增加,薄膜电阻率的增加可能是由于表面粗糙度的增加导致的。在恒定的溅射功率下,β-W的形成主要取决于溅射气压,几乎所有β-W相都在高溅射气压下形成,然而,当溅射功率足够大,在较高的气压下也会观察到部分α-W相的形成。钨薄膜中特定相结构(α-W/β-W)的形成,不仅取决于沉积气压,还与溅射功率相关,最终可能与入射到基片的原子能量相关。

用于环境抗菌的氧稳定W-Ag薄膜

在溅射沉积的钨薄膜中加入氧以降低薄膜的残余应力,进一步添加含量高达14.3%(摩尔分数)的银以进行抗菌功能化。采用SEM-EDX、XPS和XRD分析薄膜。薄膜仅检测到β-W或W_(3)O相的X射线衍射峰。氧和银主要以固溶原子的形式存在于薄膜中。银的加入降低了薄膜的硬度(仍然≥10.3 GPa)和弹性模量。动电位极化实验表明WO膜的腐蚀电流密度低于钨膜,而银改变了膜层的腐蚀行为。薄膜表面的贫银氧化钨层抑制了银离子在水中的释放,WOAg膜对大肠杆菌具有良好的抗菌活性。WOAg薄膜将在环境和其他抗菌应用中发挥作用。

掺钨VO_2薄膜的电致相变特性

采用直流磁控溅射与后退火工艺相结合的方法,在掺氟SnO_2(FTO)导电玻璃基底上制备了高质量的掺钨VO_2薄膜,对薄膜的结构、表面形貌和光电特性进行测试,分析了钨掺杂对其相变性能的影响.结果表明,室温下掺钨VO_2薄膜的阈值电压为4.2 V,观察到阈值电压下约有两个数量级的电流突变.随着温度升高,相变的阈值电压降低,且电流突变幅度减小.当施加8 V电压时,分别在不同温度下测试了掺钨VO_2薄膜的透过率.温度为20和50℃时,掺钨VO_2薄膜相变前后的红外透过率差量分别为23%和27%.与未掺杂的VO_2薄膜相比,掺钨VO_2薄膜具有相变温度低、阈值电压低和电阻率小的特点,在高速光电器件中有广阔的应用前景.

铜-钨(钼)薄膜制备及应用的研究进展

介绍了近年来铜-钨(钼)薄膜涂层的制备方法,包括溅射沉积法、离子束辅助沉积法、离子束混合法、电子束蒸发法。重点介绍了溅射法中的磁控溅射法和离子束溅射沉积法,分析了薄膜的结构特征及其在固体润滑剂、电子设备、表面修饰材料等领域的应用,并展望了未来的研究方向和应用前景,指出制备散热材料是未来铜-钨(钼)薄膜研究的主流方向。

溅射功率对钨掺杂ZnO薄膜晶体管性能的影响

为有效提高薄膜晶体管的电学和光学性能,本文采用射频磁控溅射法在P型硅衬底上沉积钨掺杂氧化锌薄膜(WZO),并制备成薄膜晶体管(TFT)器件,研究钨(W)的溅射功率对WZO薄膜晶体管电学和光学性能的影响,并对WZO薄膜进行表征。实验结果表明,W的溅射功率会影响薄膜的结晶质量。随着W溅射功率的增加,薄膜结晶质量逐渐变好。达到某个值后继续增加W的溅射功率,薄膜结晶质量并没有很大的改善。本文中研究的WZO薄膜均在(002)晶面择优生长,且当W的溅射功率为2 W时,WZO薄膜晶体管综合性能最好,开关比达到5.24×10^(5),阈值电压为16.89 V,在400~1 400 nm波段平均透过率达到90%。

电沉积制备汽车用高硬度镍-钨合金薄膜

使用电沉积技术在汽车软钢材料上电镀高硬度镍-钨合金薄膜。研究发现,镍-钨合金属于诱导共沉积。提高镀液中钨酸钠的浓度,有利于增大合金中钨的质量分数,从而显著提高合金的硬度。镍为面心立方结构,钨为体心立方结构,最终异常共沉积生成的Ni17W3是一种固溶体。钨原子占据了镍原子的晶格,形成晶格畸变。合金中钨的质量分数越高,晶格畸变越明显,有利于细化晶粒、降低粗糙度,从而提高合金的机械性能。

电沉积钴-钨合金薄膜的磁性能及其测量方法

采用电沉积技术在纯铜片上制备了钴-钨合金薄膜,并研究了钴-钨合金薄膜的磁性能与其厚度、结构及表面形貌等的关系。结果表明:钻鹄电沉积属于诱导共沉积,铸在鉛表面氢原子的催化作用下与钴发生共沉积。钴-钨合金薄膜的厚度约为6um,属于Co3W四面体结构,其表面由典型瘤状颗粒构成。钴-钨合金薄膜垂直方向的磁性能优于平行方向的磁性能,最大矫顽力为74.42 kA/m.

节能环保磁场诱导电沉积制备镍钨合金薄膜

为了提高电沉积镍钨合金薄膜的沉积速率和降低能耗,使用了磁场诱导电沉积技术。研究了垂直于电场的磁场对镍钨合金电沉积时的电流、速率以及镀层形貌和结构的影响。结果发现,磁场和电场相互作用产生的磁流体力学效应有利于增大极化电流,提高沉积速率和细化合金晶粒。0.8 T磁场作用下,镍钨合金的沉积电流增加了30%,沉积质量提高了40%。电沉积镍钨合金为Ni17W3结构。在磁场作用下,镀态镍钨合金的显微硬度明显提升。

用于磁记录磁头的镍-铁-钨合金薄膜的制备及其性能

采用电沉积方法制备了用于磁记录磁头的镍-铁-钨合金薄膜,并研究了钨酸钠的质量浓度对镍-铁-钨合金薄膜的成分、硬度、表面形貌及磁性能的影响。研究发现:随着钨酸钠的质量浓度的增加,镍-铁-钨合金薄膜中镍和钨的质量分数逐渐提高,而铁的质量分数有所下降。镍-铁-钨合金薄膜是一种典型的晶态颗粒膜。增加钨酸钠的质量浓度,有利于提高镍-铁-钨合金薄膜的硬度和比饱和磁化强度。当钨酸钠的质量浓度为2 g/L时,镍-铁-钨合金薄膜的矫顽力最小,约为1.96 kA/m。

含钨类金刚石薄膜的制备与性能研究

为了满足制备较厚低摩擦系数类金刚石薄膜(DLC)耐磨镀层的实际需求,对在等离子增强化学气相沉积的类金刚石薄膜(W-DLC)中掺钨进行了系统研究。研究结果表明,类金刚石薄膜掺入钨,在较宽的工艺条件范围内,都可以沉积厚度超过5μm的薄膜而不发生剥落。适当控制工艺条件和膜中钨的含量可以提高薄膜的硬度,降低磨损率,且保持低的摩擦系数和较高的沉积速率。