双离子束溅射非晶SiOxNy薄膜的光致发光研究

采用双离子束溅射法制备了SiOxNy薄膜,用X射线衍射分析(XRD),透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS),傅立叶变换红外(FTIR)等对薄膜的结构进行了表征,分析了样品的光致发光(PL)特性。X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)结果表明该薄膜具有非晶结构。XPS测试表明N1s的特征峰位于398eV,对应于N-Si键。在光吸收谱中,与Si-SiO2薄膜相比,SiOxNy的光学带隙得到展宽。在225nm的激光激发下,样品在室温下可发射可见光,峰位位于590nm,与N的缺陷有关。

Ti掺杂非晶碳复合光热转换薄膜的制备及性能研究

光热转换薄膜是太阳能光热利用的核心部件,直接影响光热转换效率。采用反应磁控溅射技术,使用Ti靶和石墨靶制备了Ti/a-C:H/Ti(H)/a-C:H/Ti(L)/a-C:H复合光热转换薄膜,研究讨论了薄膜的形貌特征和结构组成,并对其光吸收特性进行了分析。结果显示:复合薄膜具有显著的光谱选择性特性,其中Ti和C以TiC形式存在于吸收层中;薄膜较高的表面粗糙度有助于增强光的吸收能力;复合薄膜的吸收率为0.91,发射率为0.13,具有优异的光学性能。

载荷对非晶碳基薄膜腐蚀磨损性能的影响

腐蚀环境条件下的动力件经受腐蚀和磨损的双重损伤,载荷的往复作用使得金属表面的钝化层失去作用而加速损伤,非晶碳基薄膜在腐蚀和摩擦领域展现出优异的防护性能。为了研究载荷对非晶碳基薄膜腐蚀磨损性能的影响,明确各个损失分量随载荷的变化关系,采用磁控溅射在304不锈钢表面制备了a-C薄膜、a-C:Cr薄膜和a-C:Si薄膜,通过动电位极化测试3种薄膜在5.0 mol/L HNO_(3)条件下的静态腐蚀行为,同时结合3种薄膜在去离子水和5.0 mol/L HNO_(3)环境下的不同载荷作用的磨损量,分析研究了载荷对腐蚀摩擦过程中各个分量的影响。结果表明:Si掺杂使a-C薄膜的腐蚀电流密度从1.11×10^(-6 )A/cm^(2)降低至3.96×10^(-7 )A/cm^(2),Cr掺杂后腐蚀电流密度略微降低;随着载荷的增加3种薄膜的腐蚀损伤分量降低,机械磨损分量相应增加,对应的腐蚀-磨损交互作用对薄膜的损伤作用减弱。

非晶硅薄膜晶化微观组织调控发展现状

非晶硅薄膜晶化微观组织调控是实现微电子器件性能提升的关键。比较分析了辅助外场、界面调控、掺杂调控和工艺参数等非晶硅薄膜晶化微观组织调控技术方法,重点阐述了辅助外场的大小、方向以及作用时间等对晶体硅生长方向和速率的影响。此外,详细分析了界面层成分、厚度、结构等引起的晶化硅薄膜微观组织结构差异以及掺杂浓度、衬底类型等对非晶硅薄膜晶化微观组织的影响。结果有助于深入理解非晶硅薄膜晶化机理,进而有益于优化晶化硅薄膜制备工艺和器件性能提升。

非晶铟镓锌氧薄膜晶体管反相器稳定性提升的电路设计

薄膜晶体管(TFT)反相器的稳定性问题是影响其在玻璃上系统(SOG)显示技术等领域中实际应用的重要挑战。本文基于实验数据提取了非晶铟镓锌氧TFT器件仿真模型,拟合并得到了其阈值电压变化幅度(ΔVTH)与电压偏置时间的拉伸指数方程。在此基础上,探究了传统伪CMOS反相器的电学稳定性随偏置时间的变化规律,并提出了一种改进的TFT反相器电路,对其进行管宽调节并设计了物理版图。改进型反相器通过延迟输出级下拉管的开启使输出高电平值接近电源电压,增加了18.47%。通过反馈缓解其阈值电压漂移所导致的等效电阻增大对输出级电流的影响,显著提高了其速度稳定性。在电压偏置时间为2.56×10^(7)s时,其上升时间的变化率只有4.09%,远低于传统伪CMOS反相器的296.11%。

基体表面粗糙度对非晶碳薄膜摩擦磨损性能的影响

为了探究不同基体表面粗糙度对非晶碳薄膜摩擦磨损性能的影响,改善2Cr13试样表面在601EF润滑脂润滑下的摩擦学性能,使用机加工、抛光等方式在2Cr13试样表面制备不同的表面粗糙度,然后采用磁控溅射法在不同粗糙度样件表面制备非晶碳薄膜,采用球-盘接触的摩擦磨损试验研究了在601EF润滑脂润滑条件下非晶碳薄膜及氮化硅球的摩擦磨损性能,通过光学显微镜对磨损处进行分析。结果表明:与基体表面对摩的Si_(3)N_(4)球均磨出了明显的平台,而基体表面并未出现明显的磨痕,Ra范围在0.20~0.75μm样品对偶球的磨损量要小,磨斑面积范围为0.152~0.165 mm^(2),磨损形式为黏着磨损,Ra范围在0.95~3.19μm样品对偶球的磨损量要大,磨斑面积范围为0.228~0.275 mm^(2),出现了犁沟状磨痕,磨损较为严重;在相同的工况条件下,随着基体表面粗糙度的增大,两摩擦副间的启动、平均摩擦系数以及Si_3N_4球的磨损量均呈先减小后增大再减小的趋势,当Ra为0.56μm时,非晶碳薄膜的摩擦学性能最好,摩擦系数曲线较为稳定,平均摩擦系数为0.162,其对偶球磨损量最小,为0.152 mm^(2)。基体表面粗糙度影响非晶碳薄膜的摩擦学性能,通过机加工、抛光等手段在基体表面制备合适的粗糙度可以得到具有良好减摩性能的表面。

不同试验条件对非晶硒薄膜中载流子迁移率的影响

非晶态硒(α-Se)属于无机弱电导材料,被认为是X射线医学成像和无损检测方面最有前途的探测材料之一,其载流子特性对应用至关重要。本文在恒温条件下制备了非晶态硒本征薄膜,利用SEM、XRD测试了薄膜的微观形貌和晶体结构,利用渡越时间(TOF)方法研究了温度、取样电阻及光脉冲能量对载流子迁移率的影响。结果表明:在298~338K的温度范围内,非晶硒的载流子输运规律符合浅陷阱模型;取样电阻不大于5 kΩ,光脉冲能量不大于3.5μJ时,载流子渡越时间保持恒定,测试结果可靠。

非晶态碳薄膜对金属二次电子发射的影响

非晶态碳薄膜由于具有极低的二次电子发射系数(secondary electron yield,SEY),在真空微波器件与设备异常放电领域引起了广泛关注.然而,非晶态碳薄膜对二次电子发射影响的动态过程及微观机理仍缺乏了解.本文采用Monte Carlo方法,建立了Cu表面非晶态碳薄膜的二次电子发射数值模拟模型,能够精确地模拟电子与薄膜及基底材料的散射及二次电子发射的微观物理过程.结果表明,随着薄膜厚度从0 nm增加至1.5 nm时,SEY峰值下降了大约20%;继续增大厚度,SEY峰值不再下降.然而,当薄膜厚度大于0.9 nm时,SEY曲线呈现出双峰形态,但随着薄膜厚度增加至3 nm,第二峰逐渐减弱甚至消失.电子散射轨迹和二次电子能量分布结果,表明这种双峰现象是由于电子在两种材料中散射所致.相比以往模型,所提模型考虑了功函数的变化以及界面势垒对电子散射路径的影响.该模型从微观层面上解释了SEY曲线双峰现象形成的原因,相关的计算结果为非晶态碳薄膜对SEY的抑制规律提供了理论预测.

高浓度掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的态密度模型研究

针对背沟道刻蚀(Back Channel Etch,BCE)技术的非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFTs),建立了一种高浓度掺杂态密度模型(High Concentration Doping Density Of States model,HCD-DOS model),并通过数值模拟研究态密度关键参数对器件性能的影响,以此揭示a-IGZO TFTs中制备工艺对导电沟道修复的物理机理.首先,采用结合强度较高的钼/铜双层结构作为栅/源/漏电极,引入BCE方法制备了底栅顶接触(BottomGate Top-Contact,BG-TC)TFTs.其次,建立了适用于BCE技术的a-IGZO TFTs的HCD-DOS模型.随后,基于TCAD(Technology Computer Aided Design)仿真器对态密度关键参数进行数值研究,结果表明,不同态密度参数对a-IGZO TFTs器件转移特性曲线、电学特性以及沟道内部电子浓度分布的影响有所差异.最后,基于HCD-DOS模型探索SiO_(x)钝化层沉积和N_(2)O等离子体处理对器件内部机理的影响.研究发现,N2O等离子体处理对态密度分布和沟道载流子浓度有显著影响,进而导致阈值电压正向漂移.

非晶合金薄膜的制备和韧性优化措施

由于原子排列短程有序、长程无序,且不具有晶界、位错、第二相等典型晶体缺陷,非晶合金表现出高强度、高硬度以及优异的耐磨性、耐腐蚀性等优异性能。但是非晶合金的本征脆性以及有限的玻璃形成能力极大地限制了其工业应用,非晶合金薄膜的韧性优化便成了当今研究的热点问题。针对非晶合金薄膜的制备以及韧性优化措施进行综述,同时对非晶合金薄膜日后的发展趋势及未来的研究趋势进行了展望。

面向大空间建筑的氟化非晶碳薄膜性能调控方法研究

大空间建筑既是城市景观的重要组成元素,又是展现城市特色、彰显时代风貌、传承城市历史的重要载体。氟化非晶碳薄膜有望作为外立面修饰材料,提升大空间建筑的自清洁、防雾和抗冰能力。本文介绍了氟化非晶碳薄膜的射频/直流共溅射方法,系统分析了薄膜微观形貌、粗糙度和化学组分随溅射功率比的变化规律,详细研究了化学组分和微观形貌对薄膜浸润性能的影响。结果表明:氟化非晶碳薄膜以岛状模式生长,当石墨/聚四氟乙烯溅射功率比从0升高至1.25时,含氟组分种类和含量的减少是薄膜亲水性增强的主要原因。

多元素添加制备具有优异力学性能的Ti基非晶薄膜

目前MEMS系统在航空航天、电子电力以及生物医学中的广泛应用及发展,导致Ti基合金的力学性能无法适应当前的应用环境。非晶合金因没有晶界、位错等晶体缺陷,因而表现出优异的机械性能。基于此,本文通过磁控共溅射技术,通过控制靶材参数实现调控Zr、V、Nb元素在Ti基薄膜中的成分变化,并成功制出具有完全非晶态结构的Ti80.6Zr6.0V6.9Nb6.5非晶合金薄膜。该非晶合金薄膜与晶态薄膜相比表现出优异的综合性能,包括:1) 优异的力学性能:高的硬度和弹性模量:7.01 GPa,162 GPa;2) 良好的薄膜质量:高的致密性以及低的粗糙度。此外,还解释了该非晶薄膜具有优异力学性能的原因:1) 结构因素:非晶态结构不具备晶界、位错等结构缺陷;2) 变形机制:对于非晶态材料而言,变形机制是以剪切带机制为主,而剪切带的形成是一个复杂过程,需要消耗大量的势能,因此能承受更高的外加载荷。本次研究为Ti基非晶薄膜家族体系研究提供了新的研究思路,也为MEMS系统提供了有希望的候选材料。

西南交通大学前沿科学研究院教授王杨 探究碳基非晶薄膜“超滑态”奥秘

权威数据统计,在工业流程中,摩擦消耗掉全世界30%的一次性能源,约有80%的机器零部件因磨损而失效。由于产学研各界均注意到了这一问题,摩擦学应运而生。在摩擦学中,学者们一直致力于实现“超滑”。所谓“超滑”是指两个表面间的摩擦系数和磨损率接近于零的状态,但在实际生活中,这种理想状态尚不能实现,所以“超滑”通常是指摩擦系数下降到0.001及以下量级时的润滑状态。

本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT太阳电池电性能的影响

以异质结(HIT)太阳电池的本征氢化非晶硅薄膜为研究对象,该HIT太阳电池采用n型硅片作为晶硅衬底,其n型电子传输层(下文简称为“n面”)为入光侧,p型空穴传输层(下文简称为“p面”)为背光侧。首先研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度对膜层钝化性能和光透过率的影响,然后进一步研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜不同厚度匹配设计对HIT太阳电池电性能的影响,并选出了最优厚度匹配方案。研究结果表明:1)n面本征氢化非晶硅薄膜的厚度越薄,n面非晶硅膜层的光透过率越高,但钝化效果会变差;当厚度达到5 nm时,硅片的少子寿命趋于稳定。2)在n面本征氢化非晶硅薄膜厚度一定的情况下,随着p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度变厚,硅片的少子寿命先快速增加,当厚度达到9 nm时,硅片的少子寿命趋于稳定;当厚度大于9 nm时,制备的HIT太阳电池的短路电流和填充因子均下降,表明其串联电阻增大,导致光电转换效率降低。3)当n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度分别为5、9 nm时,n面的钝化效果和光透过率匹配较好,p面的钝化效果和电阻率匹配最优,即为最优厚度匹配方案;此方案制备得到的HIT太阳电池的光电转换效率达到最高,为24.59%。

退火温度对溶胶-凝胶法氧化钨薄膜电致变色性能的影响

电致变色是指在外加电场的作用下电解质中离子嵌入材料中,使得材料本身光学特性发生变化的现象。电致变色材料被用于建筑隔热、装饰、信息显示等场景。氧化钨(WO_(3))作为一种被广泛研究的无机电致变色材料,虽其储量丰富,但受制于苛刻的制备工艺,以及透明导电基底的昂贵价格,在光热调控场景中很少大面积使用无机电致变色薄膜。基于此,采用溶胶-凝胶法(Sol-gel),通过改变退火温度制备了结晶态和非晶态的氧化钨(WO_(3))薄膜,同时探索了不同退火温度对其电致变色性能的影响。实验结果表明,随着退火温度(200、250、300和350℃)的增加,薄膜由非晶态逐渐转变为结晶态,且薄膜内部结构趋于致密化。在退火温度200℃下,薄膜呈现出最佳的电致变色性能及良好的反应可逆性,在1 mol·L^(-1)的AlCl3溶液中电压为-0.5 V时,薄膜在633 nm处的光学对比度为79%;而在250、300和350℃退火温度下,随着薄膜内部结构趋向于致密,当施加正向电压时嵌入的离子无法在短时间内脱离出来,使得薄膜的光学性质难以回复到初始的状态,造成着色褪色响应速度下降,导致光学对比度不同程度的降低,在633 nm处的光学对比度分别为39.1%、23.7%和46.1%。其中,350℃退火的样品在光学对比度上呈现差异化,这归因于薄膜结晶,细微的晶界提供了较多的反应位点。本研究提供了一种简易的、低成本的制备WO_(3)薄膜的方法,为大面积应用电致变色材料提供了理论参考。

基于反射和透射光谱的氢化非晶硅薄膜厚度及光学常量计算

采用紫外-可见透射光谱仪测量了对靶磁控溅射沉积法制备的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜的透射光谱和反射光谱.利用T/(1-R)方法来确定薄膜的吸收系数,进而得到薄膜的消光系数;通过拟合薄膜透射光谱干涉极大值和极小值的包络线来确定薄膜折射率和厚度的初始值,并利用干涉极值公式进一步优化薄膜的厚度值和折射率;利用柯西公式对得到的薄膜折射率进行拟合,给出了a-Si:H薄膜的色散关系曲线.为了验证该方法确定的薄膜厚度和光学常量的可靠性,将理论计算得到的透射光谱与实验数据进行了比较,结果显示两条曲线基本重合,可见这是确定a-Si:H薄膜厚度及光学常量的一种有效方法.

PLZT非晶薄膜光学性质研究

用溶胶 -凝胶技术制备了化学组分为 5 /5 0 /5 0的 PL ZT非晶薄膜 .测试其在 2 0 0～ 80 0 nm波长范围的光学透射谱 ,和 2 0 0～ 6 70 nm波长范围的椭偏光谱 .得到了 PL ZT(5 /5 0 /5 0 )非晶薄膜膜厚和光学常数谱 (折射率 n谱和消光系数 k谱 ) ,并与组分为 9/6 5 /35的 PL ZT非晶薄膜的吸收边和折射率进行了比较 .

Ni-P非晶薄膜晶化相与相变动力学的XRD分析

用原位XRD技术分析了连续加热过程中电沉积Ni-P薄膜晶化与相变行为．通过定量分析,确定出不同温度下各相的析出量,由此计算出各相的晶化与相变激活能以及晶化结晶度．结果表明, Ni-P非晶薄膜的晶化与相变行为与薄膜中P的含量有关．在晶化过程中出现了四种亚稳相即NiP,Ni2P,Ni12P5及Ni5P2．计算得到:亚稳相NiP,Ni2P及稳定相Ni3P的相变激活能分别为133±15,172±19及190±20 kJ／mol;单个析出相的相变激活能低于Ni-P合金晶化激活能和Ni原子的自扩散激活能．

衬底温度对用RF-PECVD法制备的非晶硅薄膜光学性能影响

采用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)工艺制备非晶硅(a-Si:H)薄膜,KBr衬底在175-275℃范围内变化,用傅立叶红外光谱仪(FTIR)测试KBr衬底上的薄膜红外光谱峰随衬底温度的变化情况,结合红外光谱峰的理论分析确定薄膜中氢含量随衬底温度的变化规律.光谱式椭圆偏振仪中用ForouhiBloomer(FB)模型拟合得到薄膜的折射率(n),消光系数(k),膜厚及光学禁带宽度(Eg),并用扫描电镜(SEM)断面分析对椭偏仪测试结果的准确性进行验证.根据Tauc公式推出薄膜的Eg和截止波长,并和FB模型得到的结果进行了比较,Eg(FB)和Eg(Tauc)的差值在0.015eV内.

锂离子电池用非晶硅薄膜负极材料的研究

采用磁控溅射法在铜箔集流体上沉积得到了厚度约2μm的非晶硅薄膜。X-射线衍射(XRD)、高分辨率透射电镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)分析表明,该薄膜为非晶态。扫描电镜(SEM)结果表明,该硅电极在电化学吸、放锂循环后体积膨胀率为300%,但电池依然保持良好的循环寿命。在1.5￣0.005V(vsLi+/Li)和0.1mA·cm-2条件下,该薄膜电极循环100次后容量仍能保持在0.47mAh·cm-2以上,为初始容量的84%。每周容量衰减率仅为初周的0.16%。HRTEM和SAED结果表明,该薄膜在电化学吸、放锂循环后仍为非晶态,这可能是其具有良好电化学循环寿命的主要原因。