氮化铝薄膜的厚度对场发射特性的影响

采用射频磁控溅射方法，在n型（100）Si基底上沉积了不同厚度（20～150nm）纤锌矿结构的纳米A1N薄膜。在超高真空系统中测量了不同膜厚样品的场发射特性，发现阈值电场随着厚度的增加有增大的趋势。厚度为44nm的A1N薄膜样品具有最低的阈值电场（10V／μm），当外加电场为35V／μm时，最高发射电流密度为284μA／cm^2。A1N薄膜场发射F-N曲线表明，在外加电场作用下，电子隧穿了A1N薄膜表面势垒发射到真空。

低温下磁控溅射AlN薄膜择优取向研究

研究了衬底温度从-20～20℃下射频磁控溅射AlN薄膜的择优取向程度。利用X线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和场发射电子显微镜(FESEM)对AlN薄膜的晶体结构、粗糙度及表面和断面形貌进行了分析。研究结果表明,当衬底温度低于0℃时,AlN薄膜中的(100)衍射峰消失,AlN薄膜以(002)面择优取向生长。当衬底温度降低时,AlN薄膜的晶粒大小和表面粗糙度减小。AlN薄膜在0℃下沉积具有最佳的择优取向程度和较低的表面粗糙度。

AlN薄膜的KrF准分子脉冲激光沉积

研究了采用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(100)衬底上AlN薄膜的制备及其性质。结果表明,衬底温度从室温到800℃的范围内,所得到的AlN薄膜为(002)择优取向的纤锌矿结构。随着衬底温度的升高,AlN薄膜从纳米晶结构转为多晶结构,同时表面微粗糙度上升。AlN晶粒呈柱状生长机制。

高温压力传感器用多晶硅-AlN-硅单晶基片

论述纳米多晶硅-氮化铝隔膜-硅单晶衬底基片的研制。此基片可供制造高温力学量传感器。其要点是在力敏电阻条与硅弹性膜之间利用AlN进行绝缘隔离。AlN与硅的热膨胀系数接近,附着力高,耐击穿性好。又具有高化学稳定性,高热导率,对于压力传感器的电桥散热特别有利,可解决压力传感器启动时的零点时漂。由于无P-N结,力敏电阻无反向漏电,因此用此基片制造的力学量传感器的特性好(零点电漂移及热漂移小、非线性小)。力敏电阻条由纳米多晶硅构成。利用在600℃退火Al诱导晶化能使溅射得到的非晶硅转化成纳米多晶硅。

射频反应磁控溅射制备AlN多晶薄膜及其择优取向研究

采用RF反应磁控溅射在Si(111)基片上制备了多晶AlN薄膜,研究了工作气压对AlN薄膜晶面择优取向的影响。利用台阶仪、X射线衍射(XRD)、红外吸收光谱(FTIR)对AlN薄膜的沉积速率、晶体结构、化学结构及成分进行了表征。结果表明:工作气压对AlN薄膜晶面择优取向具有十分显著的影响,当工作气压低于0.6 Pa时,薄膜呈现(002)晶面择优取向;当气压增加到1 Pa时,AlN薄膜呈现(100),(002)混合晶面取向;当工作气压为1.5 Pa时,(002)晶面衍射峰消失,薄膜呈现(100)晶面择优取向。根据分析结果,提出了工作气压对AlN薄膜择优取向的影响机制,其次,在AlN薄膜的FTIR光谱中,Al-N键振动在波数为678 cm-1处有强烈的吸收峰,Al-N振动吸收峰包含A1(TO)模式以及E1(TO)模式,分别位于612,672cm-1附近,A1(TO)模式与E1(TO)模式振动吸收峰的积分面积之比与AlN薄膜的择优取向有关。结果显示FTIR技术可以作为XRD的补充手段,用于表征多晶AlN薄膜的择优取向。

AlN薄膜对太阳能吸收率的研究

采用磁控溅射方法,在高纯氩气和氮气混合气氛下成功制备出Al(W)-AlN系太阳能选择性吸收薄膜。借助吸收光谱分析,比较了Al、W两种反射层材料上制备单层AlN和多层AlN薄膜的光谱吸收特性。结果表明:多层AlN薄膜比单层AlN薄膜的吸收性能好;W比Al更适合做反射面材料,W-渐变型多层AlN膜系对太阳能的吸收率可达到80%以上。

15-15Ti钢表面AlN/SiC双层薄膜的制备及耐Pb-Bi溶液腐蚀性能

采用磁控溅射法在15-15Ti不锈钢上沉积AlN/SiC双层薄膜,并在800℃氩气气氛中退火120 min。用XRD、AFM和SEM表征了薄膜的结构和形貌。测试了镀膜前后15-15Ti钢在500℃持续1000 h条件下在含氧质量分数为(0.76~1.39)×10-8%的铅铋溶液中的耐腐蚀性能。结果表明:未镀膜15-15Ti钢的腐蚀层厚度约为600 nm,并且钢发生了溶解腐蚀;而镀膜后的钢未发现铅铋合金的侵蚀现象,钢的耐腐蚀能力明显提高。

射频磁控溅射参数对AlN薄膜光学性能的影响

采用高真空射频磁控溅射技术,在玻璃基片上,分别于不同沉积条件下制备了AlN系列薄膜,测量了从紫外到近红外波段AlN系列薄膜的透射率谱线,利用一种较简单的透射谱包络线法,对薄膜的光学常数进行拟合分析.研究表明,气体流量和工作气压是影响薄膜光学性能的重要参数;在镀膜过程中,增加氮气流量能使铝充分地与氮气结合,有利于薄膜折射率的提高,而在较低的工作气压下获得的薄膜的折射率较大.

沉积工艺参数对AlN薄膜择优取向影响的实验研究

采用射频磁控溅射法,以高纯Al(99.999%)为靶材,高纯N2为反应气体,在硅及金刚石上制备了氮化铝(AlN)薄膜.研究了氩气氮气比例、溅射气压等工艺参数对AlN膜沉积的影响规律.结果表明,随着氮气比例的增大AlN(002)取向明显增强.溅射气压低有利于以AIN(002)面择优取向.

AlN插入层对硅衬底GaN薄膜生长的影响

利用金属有机化合物气相外延沉积技术在2inch(5.08cm)Si(111)图形衬底上生长了GaN外延薄膜,在Al组分渐变AlGaN缓冲层与GaN成核层之间引入了AlN插入层,研究了AlN插入层对GaN薄膜生长的影响。结果表明,随着AlN插入层厚度的增加,GaN外延膜(002)面与(102)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽明显变小,晶体质量变好,同时外延膜在放置过程中所产生的裂纹密度逐渐减小直至不产生裂纹。原因在于AlN插入层的厚度对GaN成核层的生长模式有明显影响,较厚的AlN插入层使GaN成核层倾向于岛状生长,造成后续生长的nGaN外延膜具有更多的侧向外延成分,从而降低了GaN外延膜中的位错密度,减少了GaN外延膜中的残余张应力。同时还提出了一种利用荧光显微镜观察黄带发光形貌来表征GaN成核层形貌和生长模式的新方法。

高声速(100)择优取向AlN薄膜的制备和性能研究

采用射频磁控溅射法,通过改变工艺参数在n型(100)Si片上制备了表面粗糙度小、以(100)面择优取向的AlN薄膜。研究了高温退火、N2结尾等工艺对AlN薄膜择优取向的影响。结果表明,增大工作气压有利于薄膜(100)面择优取向,但是随着工作气压升高薄膜沉积不均匀,通过退火可以减少这种缺陷;N2-Ar比低有利于(100)面择优生长,但是容易使薄膜含有Al成分,通过以N2结尾可以减少薄膜中的Al成分,并从分子平均自由程和能量角度探讨了其对AlN压电薄膜择优取向的影响。

FeMn掺杂AlN薄膜的制备及其特性研究

采用直流磁控共溅射技术,以Ar与N2为源气体,硅片为衬底成功地制备了Fe,Mn掺杂AlN薄膜.利用X射线衍射和拉曼光谱研究了工作电流、靶基距离等工艺参数的改变对薄膜结构的影响.利用扫描电子显微镜和能谱分析仪对薄膜的表面形貌和组成成分进行了分析.利用振动样品磁强计在室温下对Fe,Mn掺杂AlN薄膜进行了磁性表征.Mn掺杂AlN薄膜表现出顺磁性的原因可能是由于Mn掺杂浓度较高,在沉积过程部分Mn以团簇的形式存在,反铁磁性的Mn团簇减弱了体系的铁磁交换作用.Fe掺杂AlN薄膜表现出室温铁磁性,这可能是AlFeN三元化合物作用的结果.随着Fe掺杂AlN薄膜中Fe原子浓度从6.81%增加到16.17%,其饱和磁化强度Ms由0.27 emu·cm-3逐渐下降到0.20 emu·cm-3,而矫顽力Hc则由57 Oe增大到115 Oe(1 Oe=79.5775 A/m),这一现象与Fe离子间距离的缩短及反铁磁耦合作用增强有关.