溅射沉积Ni-Mn-Ga薄膜的研究进展

以Ni-Mn-Ga为主要代表的铁磁形状记忆合金(FSMAs)不但具有传统形状记忆合金受温度控制的热弹性形状记忆效应,而且具有受磁场控制的铁磁形状记忆效应。微机电系统(MEMS)的应用要求Ni-Mn-Ga合金必须制备成薄膜的形式。对溅射沉积Ni-Mn-Ga薄膜的制备工艺进行了回顾与总结,对薄膜的各种性能特征和影响因素进行了详细的叙述,最后介绍了溅射沉积Ni-Mn-Ga薄膜的应用状况和应用趋势。

MgO(001)基片上沉积Ni-Mn-Ga薄膜相变行为和磁性能研究

采用室温沉积高温退火的方式在单晶MgO(001)基片上制备了具有马氏体相变的铁磁Ni-Mn-Ga薄膜。沉积态薄膜呈柱状晶结构,高温退火后柱状晶的晶界变得模糊。溅射气压为0.5Pa和0.2Pa的薄膜的马氏体相变起始温度分别为290K和332K,溅射气压改变了薄膜成分,进而改变了相变温度。根据300K测得的磁化曲线,退火后溅射气压为0.5Pa和0.2Pa的薄膜分别显示出软磁和硬磁特性,这与M-T曲线的结果是相符的。室温下,0.5Pa薄膜的磁畴形貌呈现出迷宫状;而0.2Pa样品则显现出马氏体的浮凸,与它的磁畴形貌直接关联。

磁控溅射Ni-Mn-Ga磁驱动记忆薄膜的组织结构与成分研究

利用射频磁控溅射技术成功地在Si衬底上沉积Ni Mn Ga 薄膜,并采用XRD、SEM、AFM 及EMPA系统研究Ni Mn Ga薄膜的晶体学结构、断面形貌、表面形貌、成分及其影响规律。结果表明,经823K退火1h Ni Mn Ga薄膜完全晶化,室温下呈L21型体心立方结构;断面形貌揭示Ni Mn Ga 薄膜呈柱状结构。Ni Mn Ga薄膜的表面粗糙度随溅射功率和溅射时间的增加而增大;Ni Mn Ga薄膜中Ga的含量受溅射功率影响较大, Ni 的含量受溅射时间影响较大。

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜制备工艺研究

铁磁形状记忆合金（FSMA）是一种新型智能材料，NiMnGa合金是这种材料的典型代表。使用直流磁控溅射方法在NaCl晶片上制备出Ni—MnGa薄膜，并对影响其制备的主要参数——溅射功率进行了探讨。通过对Ni—Mn-Ga薄膜的成分和薄膜表面性质的分析，得知22．5W为其制备的最佳功率。

铁磁形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜制备工艺研究

铁磁形状记忆合金(FSM A)是一种新型智能材料,N i-M n-G a合金是这种材料的典型代表。本文使用ECR磁控溅射方法在N aC l晶片上制备出了N i-M n-G a薄膜,并对其制备溅射功率进行了探讨。通过对薄膜成分和表面性质的分析,知22.5 W为其制备的最佳功率。对沉积在玻璃片上的薄膜进行衍射分析各其为有序化程度不高的晶态。

基于ICP的Ar等离子体干法刻蚀Ti/Ni/Ag薄膜

在电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺中,选择合适的刻蚀条件对Ti/Ni/Ag薄膜的刻蚀至关重要。使用氩气(Ar)作为刻蚀气体,研究了射频偏压功率、气体体积流量、腔体压强、刻蚀时间等多个参数对功率芯片背面Ti/Ni/Ag薄膜刻蚀深度的影响,并优化刻蚀工艺参数。实验结果表明,调节射频偏压功率和Ar体积流量可以显著影响刻蚀速率,进而对薄膜的微结构进行有效调控。通过优化工艺参数,在射频偏压功率300 W、Ar体积流量40 cm^(3)/min、腔体压强1.2 Pa、刻蚀时间50 min下,芯片Ti/Ni/Ag薄膜的刻蚀深度达到283.25μm,有效提升了刻蚀效率和刻蚀精度。

协同组装3D Ni(OH)_(2)/石墨烯薄膜电性能研究

通过电化学剥离协同制备了3D Ni(OH)_(2)/石墨烯复合电极薄膜材料,高品质石墨烯均匀地生长在三维Ni(OH)_(2)表面,电化学性能测试表明,在2 m A/cm^(2)电流密度条件下,该电极薄膜具有优异的比电容(266 m F/cm^(2)),经过1万次的连续充放电循环测试仍然保留94.1%的容量性能。该方法为大规模生产新型高性能电极薄膜材料提供了一个简单的制备策略。

Ni控制掺杂TiO_2薄膜的光电化学及光催化活性

采用溶胶-凝胶法通过分步控制工艺制备了镍离子不同掺杂方式的TiO2薄膜。通过甲基橙的光催化降解动力学来表征其光催化活性。结果表明:镍离子非均匀掺杂在掺杂量0.5%时可以明显增强TiO2的光催化活性,而均匀掺杂提高TiO2的光催化活性较小。光电化学表征结果显示:镍离子非均匀掺杂TiO2薄膜的瞬时光电流信号较强,说明其光生载流子易于生成且分离效果较好;循环伏安曲线表明,光照时Ni非均匀掺杂的TiO2薄膜改变了体系的氧化还原电位,说明了薄膜内建电场的建立。基于半导体的P-N结原理探讨了镍离子非均匀掺杂TiO2薄膜的光催化活性机理。

热蒸发法制备Mg和Mg-Ni薄膜及其氢化性能

采用热蒸发法制备了纯Mg膜及Mg_(78)Ni_(22)合金膜,研究了薄膜的结构及其氢化性能。Mg膜具有典型的柱状晶结构,择优取向生长趋势明显;Mg_(78)Ni_(22)薄膜由纳米晶Mg_2Ni,Mg及少量非晶组成,Mg_2Ni相沿着平行于薄膜表面的(001)方向择优生长。纯Mg膜的吸放氢温度分别为593和653 K,其吸氢过程遵循形核长大机制。Mg_(78)Ni_(22)薄膜的压力一组成等温曲线存在低压和高压两个平台区,分别对应Mg和Mg_2Ni的氢化反应,薄膜内Mg的吸放氢温度可分别降至473和503 K,薄膜的最大吸氢量(质量分数)达到5.7％。Mg的氢化性能改善与薄膜中纳米晶Mg_2Ni和非晶相起到的催化作用有关。

磁场退火温度对Ni_(80)Fe_(20)薄膜磁畴结构的影响研究

利用电子束真空蒸发方法制备了厚度100nm的Ni80Fe20薄膜,研究了磁场退火温度对薄膜磁畴结构的影响。利用振动样品磁强计测量了磁滞回线,利用磁力显微镜观察了薄膜的表面形貌和磁畴结构。结果表明:磁畴结构为明显的条状畴,磁畴宽度最大值约为860nm;随着磁场退火温度的升高,磁畴取向趋于沿垂直膜面方向,退火温度为600℃时,沿着主畴的畴壁形成了细小的横向细畴结构。

Ni修饰层对SnO_2薄膜气敏性能影响

采用磁控溅射技术在SnO2薄膜表面修饰金属Ni，研究Ni修饰量对SnO2薄膜气敏性能影响。对Ni-SnO2薄膜进行表面成分分析，发现Ni的表面含量和化学价态对Ni-SnO2薄膜气敏性能影响至关重要。Ni的表面修饰量在3．4％-8．8％之间将有效提高SnO2薄膜对低浓度氢气的敏感性能。180℃工作温度下，表面含Ni3．4％的SnO2薄膜对1000ppm的氢气灵敏度最高为59．6，同时响应时间和恢复时间降低至15s和125s。Ni修饰量增加到23．4％，薄膜的气敏性能恶化，这是因为修饰层过厚，阻碍气体与SnO2材料接触。同时，XPS证实NiO是增加SnO2薄膜气敏性能的主要物质，增敏机理解释为Ni氧化后形成的NiO在SnO2薄膜上形成p-n结，促进元件的电导变化，从而提高了薄膜的气敏性能。

金属有机化学气相沉积法制备ZnO和ZnO：Ni薄膜及其特性分析

采用金属有机化学气相沉积法制备了ZnO和ZnO∶Ni薄膜,并对它们的结构、光学和电学特性进行了对比研究.通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对薄膜的表面形貌和晶体结构进行了分析,结果表明,Ni元素的掺杂虽然降低了薄膜的晶体质量,但并未改变ZnO的纤锌矿结构.通过紫外-可见分光光度计对薄膜的光学特性进行了测试与分析,结果表明,ZnO∶Ni薄膜在可见光区的平均透过率可达90%,优于ZnO薄膜在可见光区的平均透过率(85%).霍尔(Hall)测试显示ZnO∶Ni薄膜的导电类型仍为n型,但其电阻率已经明显增加,载流子浓度也远低于未掺杂ZnO薄膜的载流子浓度,说明Ni元素的掺杂对ZnO薄膜的特性产生了很大影响.

Ni掺杂WO_x薄膜的电致变色性能

采用磁控溅射工艺,以纯钨和纯镍为靶材在ITO玻璃上制备Ni掺杂WOx电致变色薄膜,研究了Ni掺杂对WOx薄膜电致变色性能和微观结构的影响机理。实验结果表明:均匀掺杂少量的Ni可改变WOx薄膜内部的缺陷分布及结构,提高薄膜的电致变色性能。XRD分析表明,掺杂后的WOx:Ni薄膜为非晶态;XPS分析表明:WOx:Ni薄膜中的Ni为Ni2+。

热处理温度对Fe-Ni合金薄膜微结构及磁性的影响

采用直流电沉积法在硫酸盐-氯化物镀液中制备了Fe-44wt％Ni纳米晶合金薄膜。通过原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及开路磁测量装置，对Fe-44wt％Ni合金薄膜镀态和退火态样品的微结构和磁性能进行测量。结果表明：退火温度升高能够降低薄膜内应力，使薄膜结晶均匀，但对薄膜晶粒尺寸和磁性能影响很大。Fe-44wt％Ni合金薄膜是由γ-（Fe，Ni）相和α-（Fe，Ni）相构成。在250℃真空退火处理1h后Fe-44wt％Ni合金薄膜的晶粒尺寸在20～30nm之间，且具有良好的软磁性能，饱和磁感应强度BS为1．06T，矫顽力HC为40A／m。

Ag_3PO_4/Ni薄膜的制备及其光催化降解罗丹明B的性能和机理

用电化学方法制备Ag3PO4/Ni薄膜,以扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对薄膜的表面形貌、晶相结构、光谱特性及能带结构进行了表征,以罗丹明B为模拟污染物对薄膜的光催化活性和稳定性进行了测定,采用向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光催化降解机理进行了探索。结果表明:最佳工艺下制备的Ag3PO4/Ni薄膜具有致密的层状表面结构,是由多晶纳米颗粒构成的薄膜。薄膜具有较高的光催化活性和突出的光催化稳定性,可见光下催化作用60 min,薄膜光催化罗丹明B的降解率是多孔P25 Ti O2/ITO纳米薄膜(自制)的2.3倍;在保持薄膜光催化活性基本不变的前提下可循环使用6次。给出了可见光下薄膜光催化降解罗丹明B的反应机理。

Al/Ni和Al/Ti纳米多层薄膜制备与表征

用磁控溅射法制备了Al/Ni、Al/Ti纳米多层薄膜。用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和X-射线衍射仪(XRD)对其进行了结构表征和成分分析。用差示扫描量热法(DSC)测定了纳米多层薄膜的反应放热量。结果表明:工作压力为0.4 Pa,Al、Ni、Ti溅射功率分别为200,220,180 W条件下制备的Al/Ni、Al/Ti多层薄膜表面均匀致密,无尖锐峰,层状结构分明,组成成分分别为Al、Ni和Al、Ti单质状态;Al/Ni、Al/Ti多层薄膜放热量分别为1134.64,918.36 J·g-1,达到理论值的82.2%,80.7%。

Ni^(2+)掺杂浓度对TiO_2薄膜的制备及性能的影响

采用溶胶-凝胶法在石英(SiO2)衬底上制备了多层TiO2及Ni2+掺杂TiO2薄膜。利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)及紫外分光光度计(UV-Vis)对薄膜样品进行结构性能表征。实验结果表明,在400℃下退火3h得到的TiO2薄膜均为锐钛矿相,Ni2+的掺杂对退火处理TiO2薄膜结晶行为影响不大,但Ni2+的掺杂有效阻碍了TiO2由无定型向锐钛矿相的转变;同时,Ni2+掺杂引起TiO2薄膜吸收边发生明显的红移,使其进入可见光波段的范围。

磁控共溅射Ni_3Al合金薄膜的微观结构及电阻特性

研究了室温下采用直流磁控共溅射法在抛光玻璃和Si基底上沉积Ni3Al合金薄膜的制备工艺、微观结构和电阻特性。采用SEM、EDX、AFM、TEM等测试分析了不同基底、溅射功率、工作气压等因素对薄膜微观结构、成分比和电阻特性的影响。结果表明:采用大功率混合溅射可以得到多晶态Ni3Al纳米合金薄膜,且呈多层岛状生长。所得薄膜具有良好的导电性,与玻璃相比,在Si基底上的薄膜表面光滑平整,晶粒更小,电阻率略大。然而随着厚度的减小,薄膜的电阻率增加迅速,发生金属向绝缘体过渡的相变,而厚度较大时这种现象不明显,这表明Ni3Al薄膜相变与厚度及晶格中氧含量有关。

入射角度对PVD Ni薄膜微观结构的影响

采用动态蒙特卡罗(kinetic Monte Carlo,简称KMC)方法研究物理气相沉积(physical vapor deposition,简称PVD)制备Ni薄膜过程中入射角度对薄膜微观结构的影响。该KMC模型中既包括入射原子与表面之间的碰撞,又包括被吸附原子的扩散。模拟中用动量机制确定被吸附原子在表面上的初始构型,用分子稳态(molecular statics,简称MS)计算方法计算扩散模型中跃迁原子的激活能。对于模拟结果,采用表面粗糙度和堆积密度作为沉积构型评价指标。研究结果表明:当沉积速率是5μm/min,基板温度是300K和500K时,表面粗糙度和堆积密度曲线在入射角度等于35?时出现拐点;入射角度小于35?时,入射角度增大对表面粗糙度增加和堆积密度减小的影响很少;但是入射角度大于35?时,随入射角度增大表面粗糙度迅速增加、堆积密度迅速减小。另外,当基板温度是300K时,入射角度对薄膜微观结构的影响程度大于基板温度为500K时的影响程度。说明高基板温度促使原子更加充分地扩散,从而能削弱自阴影效应的作用。但是,在保证足够高基板温度和合理沉积速率的情况下,入射角度过大同样不利于致密结构形成。

Ag_3PO_4/Ni纳米薄膜降解罗丹明B的光电催化性能和反应机理

采用电化学方法制备Ag3PO4/Ni薄膜,以扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对薄膜的表面形貌、晶相结构、光谱特性及能带结构进行表征,以罗丹明B为模拟污染物对薄膜的光电催化活性和稳定性进行测定,采用向溶液中加入活性物种捕获剂和通氮除氧方法对薄膜的光催化降解机理进行探索,并提出光电催化降解罗丹明B的反应机理。结果表明:最佳工艺下制备的Ag3PO4/Ni薄膜具有致密的层状表面结构,是由多晶纳米颗粒构成的薄膜。该薄膜具有显著的光电催化活性,在最佳阳极偏压下,光电催化罗丹明B的降解率是多孔P25 Ti O2/ITO薄膜的6.69倍;相对于未加偏压的光催化,降解率提高了5.34倍,并且具有突出的光电协同效应。同时,该薄膜具有优异的光催化和光电催化稳定性。在0.1 V阳极偏压下,可使光催化稳定性提高近一倍。