沉积在硅油表面上Au薄膜的电学性能及成膜机理

采用硅油作基底 ,沉积出具有网状特征结构的逾渗Au薄膜 ,用四引线方法原位测量Au薄膜的电学性能 ,测得其电阻随沉积时间以及凝聚时间的变化规律 ,较好地解释了此类薄膜的生长机制。对Au薄膜R I特性的测量结果表明 :生长在液体基底表面Au薄膜的局域隧道电流和跳跃电导效应比一般薄膜更为强烈 ,其功率谱指数w趋于零 。

Au薄膜溅射功率对ZnO/Au复合薄膜质量的影响

在ZnO薄膜上采用不同溅射功率制作了Au薄膜,研究不同溅射功率对Au膜成膜速率、结晶质量和结合力的影响,表明在本实验中100 W功率下Au膜的成膜质量比较好。同时对Zn O薄膜电阻的影响进行了研究,结果表明溅射功率越高,ZnO导通的可能性越大,通过实验,溅射工艺在100 W下制备的Au薄膜对ZnO电阻影响最小。

磁控溅射法制备Au薄膜及真空载流摩擦学行为研究

针对空间滑动电接触金基润滑涂层在制备方法以及失效机理认识方面存在的不足,探索采用绿色磁控溅射法制备金薄膜.研究了偏压对薄膜微观结构、力学以及真空载流摩擦学性能的影响规律;建立了真空载流服役工况摩擦试验评价条件,可实现接触电流噪音的实时监测,进一步对比传统电镀金涂层,研究了其真空载流摩擦磨损行为差异、主要影响因素及作用机制.结果表明:在适中的偏压下,薄膜晶粒尺寸小,结构致密光滑,具有高的结合力、硬度、耐磨性以及低的接触电流噪音.相比于电镀法,磁控溅射法制备的金膜表现出明显光滑致密的结构特征,硬度、磨损率和接触电流噪音大幅改善.其中光滑致密的结构是抑制微电弧产生的关键因素,可有效减少电弧侵蚀失效.

交流电作用下Au薄膜热疲劳失效行为的研究

本文研究了交流电致循环热应变作用下200 nm厚Au薄膜的失效行为.结合实验结果和理论计算,确定了交流电作用下6μm宽Au薄膜导线上的温度分布,并由此确定了Au互连线在交流电作用下达到稳定状态后的循环热应变范围.结果表明,应变范围△ε≤0.35%,经过5×10~6cyc热循环后,Au互连线中的晶粒出现不同程度的增长,晶界损伤导致Au互连线的最终失效.对Au薄膜热疲劳、机械疲劳失效行为及其机制进行了分析.

多层纳米Au/DPO薄膜的荧光特性

在低压直流溅射沉积的纳米Au薄膜表面喷涂有机固体晶体2,5-二苯基恶唑(DPO),制成具有(Au+DPO)单元结构的多层纳米薄膜。利用XRD表征多层纳米薄膜的晶体结构,通过SEM表征各层薄膜的表面形貌,并测试了多层纳米薄膜的紫外荧光特性。与纯DPO薄膜相比,多层纳米薄膜的紫外荧光峰出现了5 nm的蓝移,而且DPO荧光峰形貌发生改变。在多层膜中,DPO薄膜的荧光强度与薄膜层数成反比关系,而纳米Au膜的荧光强度与薄膜层数成正比关系。SEM与XRD测试结果表明,多层薄膜中的DPO薄膜随着薄膜层数的增加逐渐成为无定型结构。DPO薄膜与纳米Au膜相互作用,导致其晶体结构异于单层薄膜,进而改变了其荧光特性。

CdZnTe晶体表面Au电极薄膜的制备及其欧姆接触性质

为了研究不同制备工艺对电极欧姆接触特性的影响,分别采用真空蒸发法、溅射法及化学沉积法在CdZnTe晶片表面制备了Au薄膜电极,通过测试样品的SEM、I-V曲线及交流阻抗谱,研究了不同电极制备工艺及退火处理对Au薄膜电极的微观结构及欧姆接触特性的影响。结果表明化学沉积法制备的Au薄膜表面更加平整、致密,接触势垒的高度较低,电极欧姆接触特性最好。退火处理可以改善电极的欧姆接触特性,100℃退火后,化学沉积法制备的Au电极的欧姆系数由0.883提高至0.915,势垒高度由0.492降低至0.487 e V。交流阻抗谱分析表明,化学沉积法制备电极具有最低的接触势垒,这与界面处晶片表面的掺杂及缺陷的变化有关。

大气环境下Au/TiN复合薄膜的滑动摩擦磨损性能

以30CrMnSi钢为基体,用磁控溅射法制备出Au/TiN复合薄膜材料,研究了薄膜在大气环境中的滑动摩擦磨损性能。结果表明:该复合薄膜材料与9Cr18钢球构成的滑动摩擦副,在接触压力不大于1.0GPa条件下,摩擦系数小于0.15,摩擦次数超过3×105;在较宽的温度、湿度和磁场范围内,薄膜的摩擦磨损性能保持稳定。当接触压力增大至3.0GPa时,薄膜的摩擦系数增大,耐磨寿命减小。该薄膜可用于大气环境下长寿命低载荷精密摩擦副的润滑。

Au-MgF_2复合薄膜非规则微结构的多重分形表征

研究不同体积分数Au-MgF_2复合薄膜的非规则微结构,采用局部消除异常法获得薄膜的多重分形谱,结果显示：随着Au体积分数的增加,表征薄膜分布不均匀性的分形谱宽△α从1．4845减小到0．1308,表明薄膜中Au颗粒的分布越来越均匀。当Au体积分数6．0%和13．8%时,△f厂为负值,而当Au体积分数为38．2%和62．6%时,△f为正值,说明随着体积分数的增加,薄膜中Au颗粒的尺寸分布由小尺寸Au颗粒为主导分布,向大尺寸Au颗粒为主导分布的过渡。

退火温度对Au/NiO纳米颗粒复合薄膜光吸收性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Au/NiO纳米颗粒复合薄膜。用X射线衍射仪、原子力显微镜以及吸收光谱表征了薄膜的结构、表面形貌以及光学性能。研究结果表明:在500℃或500℃以上温度退火后,Au/NiO薄膜中存在NiO和单质Au两相,颗粒的平均大小为23～35nm。薄膜中Au颗粒基本呈球形,随着温度的升高,薄膜表面的粗糙度减小,Au颗粒长大,分布也较均匀。Au/NiO薄膜在波长550～610nm范围内具有明显的表面等离子共振吸收峰,随着退火温度的升高,吸收峰先蓝移后红移,其光吸收强度逐渐减弱。

Ni/Au透明导电薄膜在GaN基LED中的应用

为改善GaN基LED的p型氮化镓(p-GaN)与透明导电层之间的接触性能,采用磁控溅射法在p-GaN上制备了Ni/Au透明导电层。定性地分析了两种金属在薄膜中的作用,通过测量Ni/Au透明导电薄膜退火后的比接触电阻率、方块电阻和透过率来获取最优金属层厚度,Ni和Au的厚度分别为3 nm和5 nm。在400℃、空气氛围下退火1 min时,获得了低的比接触电阻率,薄膜方块电阻为102Ω/,采用环形传输线法测量的比接触电阻率为6.1×10-4Ω·cm2。薄膜的透过率在478 nm时达到了77.3%。使用该薄膜制备的LED,开启电压为2.5 V,在工作电流为20 mA时的工作电压为2.9 V,证实了所制备的Ni/Au薄膜可用于制备LED的透明导电层。

单晶反铁磁Mn2Au薄膜的高自旋矩转换效率

反铁磁(AFM)材料因其丰富的自旋相关特性和独特的抗外部磁场扰动的优势,在基于自旋轨道转矩(SOT)的自旋电子学研究中引起了广泛关注.反铁磁材料能够成为低能耗自旋电子器件中电流-自旋流的高效转换源的一个重要标准是具有较大的自旋矩转换效率(ξDL).在这项工作中,我们基于自旋转矩铁磁共振(ST-FMR)技术,系统地研究了Mn2Au/Py(坡莫合金)双层膜结构中具有不同晶体结构反铁磁Mn2Au薄膜的ξDL.我们发现多晶Mn2Au薄膜的有效ξDL值低于0.051,而单晶Mn2Au薄膜的有效ξDL值高于0.333,相较于薄膜电阻率的改变,这一增长被归因于薄膜自旋霍尔电导率的改变.此外,单晶Mn2Au/Py系统中由于存在界面效应的贡献,其有效ξDL值为0.731,比所报道的Mn2Au/CoFeB系统的最大ξDL值(0.22)高两倍以上.利用Mn2Au的高ξDL,我们在具有垂直磁化结构的Mn Ga/Mn2Au系统中,实现了翻转电流密度为10^(6)A cm^(-2)的电控磁翻转,此结果比其他传统金属材料所需电流密度小了一个量级.本文揭示了Mn2Au材料作为高效自旋矩转换源的良好潜力,并有助于推进反铁磁材料在基于自旋转矩效应集成器件中的研发及应用.

Au/TiO_2薄膜的制备及等离子体光催化性能研究

以TiO_2薄膜为载体,采用真空镀金和退火法制备了载金(Au)TiO_2(Au/TiO_2)薄膜光催化材料,并对制得的Au/TiO_2薄膜光催化材料进行了测试。研究结果表明:Au/TiO_2薄膜表面形貌呈岛状分布,薄膜表面Au层厚度20~80nm,相比TiO_2薄膜,Au/TiO_2薄膜在全光谱下具有更高的催化活性,在300W氙灯光源,亚甲基蓝(MB)水溶液初始浓度为20mg/L,降解时间为4h条件下,Au/TiO_2薄膜对MB的降解率最大达到94%,具有较好的降解性能。

Au纳米薄膜可见光光谱研究

通过测量不同厚度Au纳米薄膜的透过率,发现其光谱分布在低波长处光强有较为明显的减小,并与吸收光谱不完全成对应关系.究其原因是由Au纳米薄膜类球状积聚造成的.

Au(111)薄膜表面等离激元和热载流子输运性质的理论研究

厚度低至原子层的金属薄膜具有优越的光吸收能力和导电特性,尤其是在金属薄膜和介质界面激发的表面等离激元,可以很好地捕获光子并产生热载流子,使其在提高太阳能电池的光电转换效率、设计近红外波段的光电探测器和基于表面等离激元的传感器等方面表现出优异的性质.然而,目前还缺少对金属薄膜的表面等离激元和热载流子性质的系统理论研究.本文基于多体第一性原理计算方法,系统地研究了1—5个原子层厚Au(111)薄膜的表面等离激元特性,以及由表面等离激元产生的热载流子的能量分布和输运性质.研究结果表明, Au(111)薄膜具有低损耗的表面等离激元特性.同时,在Au(111)薄膜和介质界面激发的表面等离激元约束程度较强,可以增强局部电场,这在纳米光子学应用中至关重要.此外, Au(111)薄膜具有高热载流子产生效率,且产生的热电子及热空穴能量较高,具有优异的平均自由程和平均自由时间.意外的是,Au(111)薄膜的直流电导率显著优于块体Au.这些结果为Au(111)薄膜在光电子器件和能量转换设备等的设计和制造提供了新的思路和理论基础.

Au/TiN复合薄膜制备及其表面增强拉曼光谱研究

表面增强拉曼散射光谱(SERS)已用于环境监测、生物医药、食品卫生等领域,而高活性SERS基底是表面增强拉曼散射光谱技术应用的关键。TiN作为新型等离子材料具有较强的SERS性能,同时化学稳定性及生物相容性较好,但其SERS性能不如贵金属金强。该研究采用氨气还原氮化法和电化学沉积法,在TiN薄膜表面沉积贵金属Au纳米颗粒制备出Au/TiN复合薄膜。在Au/TiN复合薄膜中单质Au和TiN两种物相共存;随着电化学沉积时间延长,TiN薄膜表面单质金纳米颗粒数量逐渐增多,金纳米颗粒尺寸增大,颗粒间距减小。由于金与TiN两者的本征表面等离子共振耦合作用,Au/TiN复合薄膜的共振吸收峰发生了偏移。利用罗丹明6G为拉曼探针分子,对Au/TiN复合薄膜进行SERS性能分析,发现Au/TiN复合薄膜上的R6G探针分子的拉曼峰信号强度随沉积时间延长呈现先增大后减小的规律;当电化学沉积时间为5 min时,R6G拉曼信号峰较高,复合薄膜样品的SERS活性最大。将Au/TiN复合薄膜和Au薄膜分别浸泡在10-3,10-5,10-7,10-8及10-9 mol·L-1 R6G溶液5 min,进行检测限分析,发现Au/TiN复合薄膜检测极限达10-8 mol·L-1,增强因子达到8.82×105,与Au薄膜和TiN薄膜相比,Au/TiN复合薄膜上对R6G探针分子SERS活性最高。这得益于Au/TiN复合膜中表面等离子体产生的耦合效应,使得局域电磁场强度增强,从而引起R6G探针分子拉曼信号增强。通过2D-FDTD模拟电场分布发现Au/TiN,Au及TiN薄膜具有电场增强作用,其中Au/TiN复合薄膜的增强作用尤为显著,这也证实了氮化钛与金纳米颗粒之间存在耦合效应。另外发现TiN与Au之间可能存在电荷转移,促进了4-氨基苯硫酚氧化反应,进而证实了TiN与Au薄膜的协同作用。此外,Au/TiN复合薄膜均匀性较好,相对平均偏差仅为7.58%。由此可见,采用电化学沉积制备的Au/TiN复合薄膜具有作为SERS基底材料的应用潜力。

(Au,Ag,Cu)/SiO_2二元合金分散复合薄膜非线性光吸收的Mie理论模拟

用修正的Mie理论,模拟计算分析了(Ag,Cu)/SiO2、(Au,Cu)/SiO2、(Ag,Au)/SiO2合金纳米颗粒分散体系的理论吸收光谱。研究发现当二元金属纳米颗粒以合金形式存在时,在一个波段处出现SPR吸收峰,峰位与合金组元的相对含量相关。模拟出的理论吸收光谱与实验结果一致。

调制型Au/Sn薄膜微观形貌及合金化工艺

采用Au和Sn单质金属靶,通过直流磁控溅射法制备调制型Au/Sn薄膜(薄膜层数为3~21),经快速退火后,实现单质多层薄膜的合金化。主要研究了Au/Sn薄膜微观形貌和合金化工艺控制。结果表明,当固定薄膜总厚度为2μm时,320℃下退火10min后,膜层表面粗糙度与薄膜层数呈反比。薄膜层数较少(n=3)、调制周期厚度较大时,由于Au与Sn间扩散不完全,合金化不充分,造成薄膜表面起伏较大,其均值粗糙度最高达到188.5nm。随着薄膜层数不断增加,调制周期厚度减小到纳米级,薄膜也更加致密、平整,n=21时,320℃下退火10min后均值粗糙度仅为29.7nm。优化合金化工艺过程中,采用了不同的优化方法,包括增加退火温度、延长保温时间、降低薄膜总厚度和调制周期,最终在膜层厚度为700nm、退火温度为320℃、退火时间为10min的工艺条件下,获得了表面致密平整、合金化充分及金锡质量比约为80∶20的合金薄膜,均值粗糙度仅为23.5nm。

新型多层太阳电池薄膜性能

Au薄膜作为新型多层太阳电池关键的组成部分,其表面染料吸附量对电池性能有很大的影响。采用亚硫酸盐电镀法制备纳米Au薄膜,利用扫描电镜研究了Au薄膜的表面形貌,利用紫外可见分光光度计研究了汞溴红在Au薄膜表面的吸附工艺和性能,并计算出Au薄膜表面的最大染料吸附量。采用亚硫酸盐电镀的Au薄膜制备出这种多层太阳电池,并测试了其光电转换效率。

磁控溅射制备Au纳米颗粒及其局域表面等离激元共振特性研究

通过磁控溅射的方法在石英衬底上沉积了Au薄膜,经过热退火处理形成了不同表面形貌和尺寸的Au纳米颗粒。通过XRD、AFM和紫外可见光谱研究了薄膜的质量、表面形貌、尺寸和光谱特性,分析了不同表面形貌和尺寸的Au纳米颗粒对局域表面等离激元共振的影响。研究表明:随着退火温度的升高,Au薄膜由各向异性的蠕虫状结构逐渐变成规则的纳米颗粒,退火温度越高,Au纳米颗粒越接近于圆形,颗粒间距越大,导致局域表面等离激元共振峰位发生蓝移,半峰宽变窄;另外溅射时间对Au纳米颗粒的影响也很大,随着溅射时间的增加,颗粒尺寸变大,变得不再均匀,局域表面等离激元共振峰发生红移、宽化和向长波段上扬。

溅射功率对Au与CdZnTe晶体接触结构和性能的影响

采用直流磁控溅射工艺,以Au为靶材在高阻半导体CdZnTe上制备导电薄膜。系统地研究了溅射功率对沉积速率、薄膜结构、组织形貌及接触性能的影响。结果表明,随溅射功率的增加沉积速率增大。I-V测试表明在高阻CdZnTe上溅射Au薄膜后不经热处理已具有良好的欧姆接触性能,溅射功率为100 W时的接触性能好于功率为40 W和70 W时的接触性能。