微纳层叠聚丙烯介电薄膜的制备与性能研究

为解决聚丙烯薄膜介电常数低、介电场强低等问题,创新提出采用微纳层叠挤出技术制备不同层数(1层、16层、256层)的聚丙烯薄膜,并对不同层数聚丙烯薄膜的介电常数、介电损耗、击穿场强、结晶度、力学性能等进行表征。结果表明,相比于层数为1层的聚丙烯薄膜,16层、256层的聚丙烯薄膜的介电常数分别提升23.2%和37.0%,介电损耗分别降低36.94%和58.56%、击穿场强分别提升11%和23.3%,拉伸强度分别提升5.3%和18.98%。结晶度也随层数的增多而增大,该技术对聚丙烯薄膜的介电性能有明显的提升效果。这项工作对单一材料介电性能的提升提供了全新的思路。

不同黏度合成油下CrN/TiN多层薄膜的摩擦学特性研究

目的探究在不同黏度合成酯润滑油的作用下,CrN/TiN多层薄膜的摩擦学性能及协同润滑机制。方法选用聚α烯烃(PAO)与三羟甲基丙烷辛癸酸酯(TME)复配,得到不同黏度梯度的合成油。利用全自动黏度测定仪、倾点测试仪、开口闪点测定器和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对合成油的运动黏度(40、100℃)、倾点、闪点和表面官能团进行表征。利用反应磁控溅射技术在316不锈钢和单晶硅片基底表面制备CrN/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪和FIB-TEM表征手段对薄膜的微观结构进行分析,并用纳米压痕仪和划痕仪测试了薄膜的力学性能。利用球-盘式摩擦试验机表征薄膜在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能,利用XPS对摩擦实验后的磨痕元素价态进行表征。结果CrN/TiN薄膜具有典型的面心立方结构(FCC)、异质多层结构,且其硬度可达32.2 GPa。在干摩擦条件下,与裸316基体相比,经表面镀制CrN/TiN薄膜后平均摩擦因数由0.95降至0.71,磨损深度由25.0μm降至16.8μm。在合成油作用下,316不锈钢-GCr15钢球(钢-钢摩擦副)、CrN/TiN多层薄膜-GCr15钢球(CrN/TiN多层薄膜-钢摩擦副)2种摩擦配副的摩擦因数和磨损率随着合成油黏度的增加均呈现降低趋势,且在同一黏度条件下薄膜试样的磨损率更低。结论CrN/TiN多层薄膜在PAO与TME复配获得的一系列不同黏度合成油的作用下,随着合成油黏度的增加,薄膜的磨损率和磨损深度逐渐下降,其减摩抗磨性能得到显著提升。通过磨痕表面的XPS分析可知,合成油中极性的酯基吸附在滑动界面,增强了油膜的承载性能,从而减缓了对偶间的摩擦阻力。

磁控溅射法制备的硫化镉缓冲层的铜锌锡硫薄膜太阳电池性能

利用磁控溅射法制备硫化镉薄膜,研究硫化镉薄膜作为缓冲层的铜锌锡硫薄膜太阳电池性能.进一步地,采用双功率溅射的方法,减轻溅射过程对吸收层的损伤,增加了铜锌锡硫薄膜太阳电池的开路电压和填充因子,提高了光电转换效率,最终获得了光电转换效率为7.0%的铜锌锡硫薄膜太阳电池.

基于霍夫算法的薄膜印品墨层厚度研究

在印刷技术领域中,经常会因墨层厚度无法精准检测而产生印刷精度问题。现有的墨层厚度检测方法误差较大,为此本研究基于概率霍夫直线变换原理,提出了将激光三角测厚技术和图像处理技术相结合的墨层厚度检测方法。首先搭建墨层厚度检测系统平台,然后使用工业相机采集图像并处理采集的图像,最后基于概率霍夫直线变换方法获得激光偏移量,计算得到墨层厚度数值。本研究找到了适合该墨层厚度检测系统的激光入射角,并与传统测量方法进行对比测量实验。结果表明,测量误差小于3μm,验证了该方法能够有效测量透明薄膜印品墨层厚度。

铜锌锡硫基薄膜太阳能电池中锌基缓冲层的研究进展

由多层结构组成的薄膜太阳能电池具有低成本、易生产、稳定性高等优点,解决了晶体太阳能电池原料要求高以及制备工艺复杂等缺点,其中的缓冲层材料作为薄膜太阳能电池中的重要组成部分一直是研究重点.近年来,无毒、环保且能获得较高光电效率的缓冲层材料引起学者的广泛研究.文中以铜锌锡硫基太阳能电池为例,综述了有关硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、氧硫化锌(Zn(O,S))、氧化锌锡(ZTO)和氧化锌镁(ZMO)缓冲层材料在薄膜太阳能电池中的应用.详细阐述了5种缓冲层材料的制备方法、性能变化、应用前景以及对太阳能电池转换效率的影响,以期为未来制备高效环保薄膜太阳能电池提供有效参考.

MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜结构设计及其宽温域摩擦性能研究

目的探究环境温度对MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜摩擦磨损性能的影响,探讨并揭示薄膜在高温环境下的损伤机理。方法采用非平衡磁控溅射技术制备MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜,评价Ti、WC双功能组元以及纳米多层结构设计对薄膜表面形貌和微观结构的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)等表征手段对薄膜的晶体结构、表截面形貌以及表面粗糙度进行分析,利用原位纳米压痕仪对薄膜的力学性能进行评估,利用高温摩擦磨损试验机评价薄膜在不同温度环境(25~300℃)下的摩擦磨损性能,进一步通过激光共聚焦对磨痕和磨斑进行光学形貌分析,并利用能谱仪(EDS)和共聚焦显微拉曼光谱(Micro-Raman)对钢配副表面的摩擦转移膜进行成分分析。最终揭示MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜在不同温度下的磨损机理。结果MoS_(2)/Ti-WC纳米多层的结构设计可以诱导MoS_(2)(002)晶面的择优生长,获得表面平整光滑、结构致密的薄膜。相比于MoS_(2)/Ti薄膜,WC纳米层的引入,赋予薄膜更高的硬度和硬/弹比。MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜在潮湿空气中的平均摩擦因数为0.07,平均磨损率为6.14×10^(-7)mm^(3)/(N·m)。结论MoS_(2)/Ti-WC纳米多层薄膜在宽温域(100~300℃)内保持稳定的摩擦性能,这得益于薄膜纳米多层的结构设计、高的硬/弹比以及优异的抗氧化性能,同时在钢配副表面形成了连续且致密的转移膜。

不同介电层对Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)薄膜铁电性能影响的研究进展

近年来,铁电Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)(HZO)薄膜受到越来越多的关注,但是铁电层与电极材料层以及铁电层与半导体衬底层之间的界面问题并没有得到解决,阻碍了HZO薄膜的进一步应用。总结了通过引入不同介电层材料,如Al_(2)O_(3)、ZrO_(2)、HfO_(2)、Ta_(2)O_5等,调节HZO薄膜铁电性能的方法及其机理;详细介绍了各种介电层材料作为封盖层对HZO薄膜铁电性能的影响,如对HZO薄膜提供平面内应力、控制铁电层的晶粒尺寸及作为铁电层形核核心的作用;最后,总结并展望了利用介电层调控HZO薄膜铁电性能的一般规律,为后续相关研究的开展提供了指导。

Al_(2)O_(3)层厚度对PbZrO_(3)/Al_(2)O_(3)异质结薄膜储能性能的影响

为了提高Pt/PbZrO_(3)/Pt电介质电容器的储能密度,通过热蒸镀和自然氧化方法在Pt/Ti/SiO_(2)/Si基板上沉积了厚度为0~10 nm的Al_(2)O_(3)(AO)层,采用化学溶液沉积法制备PbZrO_(3)薄膜,研究了Al_(2)O_(3)层厚度对PbZrO_(3)/Al_(2)O_(3)(PZO/AO)异质结薄膜储能性能的影响。结果表明:随着AO层厚度的增加,PZO/AO异质结薄膜的击穿电场强度逐渐增大,极化电场电滞回线由反铁电特征转变为铁电特征。当PZO/AO异质结薄膜的AO层厚度为5 nm时,储能密度最大值为21.2 J/cm^(3)。

不锈钢双极板涂层-TiO_(2)薄膜的导电耐腐蚀行为研究

为了提高燃料电池金属双极板的导电耐腐蚀性,本文采用原子层沉积(ALD)工艺,在不锈钢316L上制备了TiO_(2)纳米薄膜,对比了不同加热温度以及基板加热与否时薄膜的导电耐腐蚀性能。结果表明,当加热250℃且基板不加热时,0.84 V恒电位腐蚀24 h,双极板涂层-TiO_(2)薄膜的电流密度最小,为1×10^(-10)A/cm^(2),且腐蚀前后接触电阻相对较小,导电和耐腐蚀性能均表现优异。通过XPS分析腐蚀前后薄膜表面的成分结构,发现二氧化钛保持了较稳定的结构,接触电阻增大主要源于表面C的氧化。

Cr/CrN/CrTiAlN/CrTiAlCN多元多层薄膜在微型钻头上的应用性能

为了提高微电子线路板(PCB)加工用微型钻头的使用寿命及保证钻孔质量,采用中频反应磁控溅射、离子束辅助的方法分别在WC硬质合金和微型钻头上沉积了Cr/CrN/CrTiAlN/CrTiAlCN多元多层梯度硬质薄膜,研究了多层膜的结构、形貌及钻削性能。结果表明:在WC硬质合金上沉积的多层膜显微硬度为2631HV,膜/基结合力大于80N,摩擦系数为0.113;镀膜后微钻刃型完好,刃型角度没有改变,同一钻头不同部位沉积的膜层厚度一致;微钻镀膜后使用寿命提高1倍以上,且解决了断针、批锋、塞孔等问题,同时满足孔位精度、孔壁粗糙度等技术要求。

AB双层磁性薄膜的界面自旋波

针对非对称AB双层磁性薄膜中自旋波的分布问题,采用量子格林函数方法研究了不同界面参数对界面自旋波在二维布里渊区中占有面积的影响.结果表明:非对称AB双层磁性薄膜中存在两支界面自旋波,第4原子层界面自旋波存在于中温区间,第5原子层界面自旋波存在于全温区间;随着温度的升高,两支界面自旋波的占有面积先增大后减小;随着外磁场的升高,两支界面自旋波的占有面积减小;随着界面层间交换耦合、界面层内交换耦合和界面各向异性的增加,第4原子层界面自旋波的占有面积增加,第5原子层界面自旋波的占有面积减小.

原子层沉积法制备鸡蛋清栅介质ZnO-TFT及其性能研究

采用原子层沉积法(ALD),以天然鸡蛋清作为栅介质制备双电层氧化锌薄膜晶体管(ZnO-TFT),并对其电性能进行测试与分析,研究了该器件在栅偏压应力条件下和空气环境下电学性能的稳定性。结果表明,氧化锌薄膜晶体管电特性表现良好,阈值电压为0.73 V,载流子饱和迁移率为9.95 cm^(2)/(V·s),开关电流比为1.8×10^(4),亚阈值摆幅为0.33 V/decade,工作电压可低至3.0 V。研究还发现,在正栅偏压应力作用下或在空气环境下器件的电性能皆呈现出不稳定性。栅偏压应力不稳定性主要与栅介质层界面处正电荷集聚及新缺陷态的产生有关;干燥空气环境下电性能的退化可解释为沟道有源层吸附空气中的氧气导致沟道层中载流子有所消耗,以及鸡蛋清电解质被氧化而引起双电层效应的退化。

氧化铂、钛过渡层对铂薄膜温度传感器性能的影响

铂(Pt)薄膜电阻具有体积小、结构简单、电阻温度系数(TCR)高和响应速度快的优点,结合MEMS技术可以实现发动机叶片温度的检测,但纯Pt与衬底之间的结合力较差,易导致薄膜失效。采用磁控溅射分别制备了氧化铂(Pt_(x)O_(y))和钛(Ti)过渡层的Pt薄膜电阻,分析了不同过渡层在不同温度(800,900,1000℃)下退火的微观形貌和电学性能,并分别测试了2种Pt电阻在900℃和1000℃下的稳定性。结果表明:1000℃退火的Pt/Pt_(x)O_(y)薄膜电阻的TCR值最大,达到了3434×10^(-6)/℃,Pt/Pt_(x)O_(y)薄膜电阻的电学性能优于Pt/Ti薄膜电阻,综合分析,900℃退火的Pt/Pt_(x)O_(y)薄膜电阻性能最优。

偏振激光照明对多层薄膜结构成像对比度影响

光学多层干涉断层扫描技术(Optical multilayer interference tomography,OMLIT)应用于光电关联显微镜中以实现清晰的光学大视场成像,为高分辨率电镜图像提供目标区域标定。为了进一步提升成像对比度和定位精度,将偏振照明和OMLIT成像技术相结合,提出一种多层薄膜偏振照明的理论模型,使用矩阵传输方法对不同入射角的偏振光在不同材质、厚度的多层薄膜介质间的传播及干涉成像进行了仿真。结果表明,当照明光的电场振荡方向平行于入射面时,能够获得比非偏振光更高的图像对比度。当照明光以62°入射角照射金属银镀层样品表面,成像对比度提升高达138倍。这项工作为偏振照明OMLIT提供了理论基础,为光电融合显微成像技术的发展提供了全新的技术方案。

钝化层对背沟道刻蚀型IGZO薄膜晶体管的影响

本文制备了氧化硅、聚酰亚胺以及氧化硅-聚酰亚胺堆叠结构钝化层的非晶铟镓锌氧背沟道刻蚀型薄膜晶体管.与传统氧化硅钝化层薄膜晶体管相比,聚酰亚胺钝化层薄膜晶体管的电学特性大幅提高,场效应迁移率从4.7提升至22.4 cm^(2)/(V·s),亚阈值摆幅从1.6降低至0.28 V/decade,电流开关比从1.1×10^(7)提升至1.5×10^(10),负偏压光照稳定性下的阈值电压偏移从–4.8 V下降至–0.7 V.电学特性的改善可能是由于氢向聚酰亚胺钝化层扩散减少了背沟道的浅能级缺陷.

原子层沉积及其在透明导电薄膜领域的研究与应用

集成电路行业器件尺寸不断缩小,表面更复杂,对镀膜提出了更高的要求,而原子层沉积因其保形性和自限制生长的优势而获得了广泛的关注和研究。本文在简要介绍一些常用的镀膜方式基础上,对原子层沉积原理及自限制生长进行了重点介绍。以氧化铟为代表,通过对比分析说明原子层沉积制备薄膜在形貌、成分等方面的优越性,对不同方式制备的常见透明导电薄膜的光电性能进行了总结。详细讨论了原子层沉积的应用范围,包括在大尺寸基底,如大平面和大曲率基底上可以制备高质量薄膜,在小尺寸基底,如粉体、沟槽、微纳结构上仍然有着超高的保形性。最后对原子层沉积制备薄膜的优势进行了总结,对其独特的发展潜力进行了展望。

过渡层对TC4钛合金基类金刚石多层薄膜磨损特性的影响

在钛合金(TC4)表面制备类金刚石(DLC)薄膜是提高其耐磨损性能和使用寿命的一种有效方法。本文采用磁过滤阴极弧源技术在钛合金表面上制备软硬相间的类金刚石多层薄膜、Ti和Ti/TiC过渡层组成的类金刚石多层薄膜。利用光学显微镜和扫描电镜分析多层膜表面外观形态,并使用台阶仪、纳米压痕仪、摩擦实验机等分析多层膜的残余应力、纳米硬度、膜基结合力和摩擦磨损特性。研究结果表明:DLC多层薄膜的残余应力均低于单层DLC薄膜,残余应力从12.63 GPa降低到6.21 GPa,增加Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的残余应力最小。压痕结合力研究结果表明,加入Ti/TiC过渡层的DLC多层薄膜的结合状况得到了显著提高。Ti/TiC过渡层构成的类金刚石多层薄膜,有较大的硬度和良好减摩耐磨性能。试验结果将为TC4钛合金基体上制备硬质耐磨损DLC多层薄膜提供技术方案和理论依据。

原子层沉积技术用于红外透明导电薄膜

二十世纪六七十年代,前苏联科学家Aleskovskii和Koltsov首次提出了原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术,但受限于沉积效率低、表面化学反应复杂、设备要求较高等因素而未得到发展。二十世纪九十年代以后,集成电路行业器件尺寸不断减小,纵横比不断增大,器件表面更加复杂,镀膜困难程度不断提高。ALD技术以其可自限制生长和共形沉积的特点,在大平面、大曲率基底、小尺寸沟槽及缝隙等复杂三维表面均匀沉积薄膜,甚至可以用于辅助生长纳米催化剂,因而在众多薄膜沉积技术中脱颖而出。

热原子层沉积钛掺杂氧化镓薄膜的光学性能

在250℃的低温下,以三甲基镓、四(二甲氨基)钛为前躯体源,O_(3)为反应气体,采用热原子层沉积制备了Ti掺杂Ga_(2)O_(3)(TGO)薄膜。Ga_(2)O_(3)和TiO_(2)的生长速率分别为0.037 nm/cycle和0.08 nm/cycle,TGO薄膜厚度低于理论计算值。X射线光电子能谱仪测试结果表明膜中Ti浓度随Ga_(2)O_(3)/TiO_(2)循环比减少而增加,O 1s、Ga 2p和Ti 2p的峰位置向较低的结合能移动,这是因为Ti原子取代了Ga原子的某些位点引起了结合能降低,表明Ti元素成功掺杂到Ga_(2)O_(3)薄膜中。TiO_(2)和Ga_(2)O_(3)的芯能级光谱分析表明薄膜中存有Ti^(4+)和Ga^(3+)离子。TGO薄膜的O 1s芯能级光谱中Ga-O键随着Ti-O键含量增加而下降,表明TGO薄膜中形成Ga_(2)O_(3)-TiO_(2)复合材料。掠入射X射线衍射图中没有出现衍射峰,表明沉积的Ga_(2)O_(3)和TGO薄膜为非晶态。原子力显微镜观察到薄膜表面平整光滑,均方根粗糙度为0.377 nm,这得益于原子层沉积逐层生长的优势。TGO薄膜在可见光区表现出较高的透明度,对紫外光强烈吸收。随着Ti掺杂浓度的增加,TGO薄膜的折射率由于化学变化从1.75增加到1.99,紫外光区消光系数增大引起透过率减小,吸收边缘出现了红移,光学带隙从4.9 eV减小到4.3 eV。分光光度法和X射线光电子能谱法测定薄膜光学带隙所得的结果一致。

以GeSe为光吸收层的薄膜太阳电池模拟优化研究

针对GeSe薄膜作为吸收层的薄膜太阳电池,利用Scaps-1D太阳电池模拟软件研究电池的吸收层参数对光电性能的影响,以最大光电转化效率(PCE)为优化目标,确定吸收层厚度、缺陷态密度、掺杂浓度以及电子亲和势等参数,获得0.77 V的开路电压,38.55 mA/cm^(2)的短路电流,85.21%的填充因子以及25.3%的光电转化效率。