聚焦离子束在二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜透射电镜截面微观结构表征中的应用

二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜材料的透射电镜截面微观结构表征中,存在薄膜易脱落、脆性大、耐磨性差,以及选区制备难度大、制样效率低、成功率低等问题。采用聚焦离子束技术,成功地进行了二维多孔Si/Al_(2)O_(3)/SiC薄膜的透射电镜截面微观形貌的表征。结果表明,聚焦离子束技术是一种可以有效减少二维多孔薄膜样品制备过程中的损伤,进行高质量进行透射电镜截面微观结构表征的方法。

Mg_2Si半导体薄膜的热蒸发制备

采用电阻式热蒸发方法和退火工艺制备出了Mg2Si半导体薄膜。研究了退火时间对Mg2Si薄膜的形成和结构的影响。首先在Si(111)衬底上沉积380nm Mg膜,然后在退火炉低真空10-1～10-2Pa氛围400℃退火,退火时间分别为3、4、5、6和7h。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和拉曼光谱仪对薄膜的结构、形貌和光学性质进行了表征。结果表明,采用电阻式热蒸发方法成功地制备了半导体Mg2Si薄膜,Mg2Si薄膜具有Mg2Si(220)的择优生长特性。最强衍射峰出现在40.12°位置,随着退火时间的延长,Mg2Si(220)衍射峰强度先逐渐变强后变弱,退火4h时该峰强度最强。在256和690cm-1附近有两个Mg2Si拉曼特征峰,退火时间为4和7h时,256cm-1附近Mg2Si拉曼特征峰较强。

钠钙玻璃上Mg_2Si薄膜的制备及其电学性质

采用磁控溅射技术和退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备了Mg_2Si半导体薄膜,研究了Mg膜厚度对Mg_2Si薄膜结构及其电学性质的影响。在钠钙玻璃上分别溅射两组相同厚度(175nm)的P-Si和N-Si膜,然后在其上溅射不同厚度Mg膜(240nm、256nm、272nm、288nm、304nm),低真空退火4h制备一系列Mg_2Si半导体薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测试仪对Mg_2Si薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性质进行表征与分析。结果表明:采用磁控溅射技术在钠钙玻璃衬底上成功制备出以Mg_2Si(220)为主的Mg_2Si薄膜。随着沉积Mg膜厚度的增加,Mg_2Si衍射峰逐渐增强,薄膜表面更连续,电阻率逐渐减小,霍尔迁移率逐渐降低,载流子浓度逐渐增加。此外,Si膜导电类型和Mg膜厚度共同影响Mg_2Si薄膜的导电类型。溅射N-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型随着Mg膜厚度的增加由P型转化为N型;溅射P-Si膜时,Mg_2Si薄膜的导电类型为P型。可以控制制备的Mg_2Si半导体薄膜的导电类型,这对Mg_2Si薄膜的器件开发有着重要的指导意义。

功率对制备β-FeSi_2薄膜的影响

利用磁控溅射方法,溅射室背底真空优于2.0×10^-5Pa,采用不同的功率在Si（100）（电阻率为7~13Ωcm）衬底上沉积一层铁薄膜（150-330nm）,然后在900℃,15h背底真空条件下（4×10^-4Pa）退火,形成了β-FeSi2。采用扫描电子显微镜（SEM）对其表面形貌结构进行表征,并采用X射线衍射仪（XRD）对其进行了晶体的结构分析,当溅射功率为70~100W时,主要衍射峰来自β-FeSi2,但同时在2θ=45°处有较大的FeSi峰,在2θ=38°附近出现较大的Fe5Si3峰。研究结果表明,制备β-FeSi2薄膜的最佳溅射功率为110W,在900℃退火15h。

Mg_2Si半导体薄膜的磁控溅射制备

采用磁控溅射技术和退火工艺制备出Mg2Si半导体薄膜,研究了退火时间对Mg2Si薄膜的形成和结构的影响。首先在Si(111)衬底上溅射沉积380nmMg膜,然后在退火炉内氩气氛围500℃退火,退火时间分别为3.5h、4.5h、5.0h、5.5h、6.0h。采用X射线衍射和扫描电镜对薄膜的结构和形貌进行了表征。结果表明,采用磁控溅射方法成功地制备了环境友好的半导体Mg2Si薄膜。Mg2Si薄膜具有Mg2Si(220)的择优生长特性,最强衍射峰出现在40.12°位置;随着退火时间的延长,Mg2Si外延薄膜的衍射峰强度先逐渐增强后逐渐减弱,退火5h后,样品的衍射峰最强。Mg2Si晶粒随着退火时间的延长,先逐渐增大,退火5h后逐渐减小。

Si(111)基片上Mg_2Si薄膜的脉冲激光沉积

采用脉冲激光沉积方法在Si(111)基片上制备了Mg2Si薄膜。研究了激光能量密度、退火气氛及压强、退火温度、退火时间等工艺条件对Mg2Si薄膜生长的影响。用X射线衍射仪分析了Mg2Si薄膜的物相,用原子力显微镜、高分辨场发射扫描电镜表征了薄膜的形貌。实验结果表明:在激光能量密度为2.36 J/cm2,Si(111)基片上室温、真空(真空度10-6Pa)条件下沉积,在Ar气压强为10 Pa,500℃,30 min条件下原位退火得到了纯相、结构均匀、表面平整、厚度约为900 nm的Mg2Si多晶薄膜。

溅射功率对Ca2Si薄膜性质的影响

采用射频磁控溅射技术在Si（100）衬底上沉积了si-ca-si薄膜，并在高真空条件下对样品进行退火处理，直接生成立方相Ca2Si薄膜。研究了不同溅射功率对薄膜的晶体结构、表面（断面）形貌的影响，并对其光学性质进行了测试分析。结果表明：Ca2Si薄膜为立方结构且具有沿（111）向择优生长的特性，当溅射功率为120W时，Ca2Si薄膜变的均匀、致密，在400-800nm波长范围内，溅射功率对折射率n和吸收系数k的影响较小。

铒掺杂富硅热氧化SiO_2/Si发光薄膜的显微结构

利用金属蒸气真空弧 (MEVVA)离子源将稀土元素Er离子掺杂到富硅热氧化SiO2 /Si薄膜中。卢瑟福背散射 (RBS)和X 射线电子能谱仪 (XPS)分析表明 ,Er浓度可达原子百分数 (x)～ 10 ,即Er的原子体浓度为～ 10 2 1·cm-3 。XPS研究发现 ,随着Si注量增大 ,退火态样品表面硅含量增多 ,热氧化硅含量减少。反射式高能电子衍射 (RHEED)和原子灵敏度因子法 (AFM)研究表明 ,样品表面没有大量Er析出或铒硅化物形成 ,退火后表层中Si外延再生长、有针状微晶硅颗粒形成。在 77K及室温下 ,研究了Er掺杂富硅热氧化SiO2 /Si薄膜的近红外区 1 5

多层模型计算椭偏法测量的SiO_2/Si超薄膜厚度

采用不同的光学模型对厚度为6 nm,密度为2.2 g/cm3的理想SiO2薄膜理论曲线进行了拟合,得到了薄膜厚度的计算结果随所采取的薄膜密度变化的规律:选用更大的薄膜密度值进行拟合计算会得到更小的厚度结果,其趋势近似线性.参考GIXRR方法测量得到的薄膜物理结构的结果,给出了优化的拟合计算模型(薄膜密度为2.4 g/cm3、表面粗糙度为0.4 nm、界面粗糙度为0.3 nm),对于热氧化法制备的厚度小于10 nm的SiO2超薄膜,使用此模型进行拟合计算,可以得到比常规模型更为准确的厚度结果.采用优化的模型拟合了期望厚度为2,4,6,8,10 nm的SiO2超薄膜的SE实验曲线,得到的厚度结果分别为2.61,4.07,6.02,7.41,9.43 nm,与传统模型计算结果相比,分别降低了13.8%,10.3%,8.1%,7.3%和6.6%.

薄膜结构对Si/SiO_2 I-V特性的影响

用射频磁控溅射法制备了3种结构的Si/SiO2纳米薄膜,测定了薄膜的I-V特性.实验结果分析表明,薄膜结构是影响其I-V特性的主要因素.

Mg_2Si薄膜在Si(100)衬底上的外延生长研究

采用直流磁控溅射系统,在Si(100)衬底上制备了外延Mg2Si半导体薄膜。通过XRD和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对Mg2Si薄膜的晶体结构和表面形貌进行表征,理论分析了Mg2Si薄膜的消光特性对Mg2Si薄膜外延取向的影响,得到了Mg2Si薄膜的外延取向特性。结果表明,在Si(100)衬底上,外延Mg2Si薄膜具有Mg2Si(220)的择优生长特性。

射频磁控溅射制备掺Al的纳米Si-SiO_2复合薄膜及其光致发光特性

采用射频磁控技术和退火处理制备掺Al的纳米Si-SiO_2复合薄膜。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT- IR)表征了薄膜的结构,组分和成键情况。掺Al在SiO_2中造成氧空位,使薄膜光致发光强度增强,并出现新的发光峰。退火温度对掺Al薄膜的光致发光的峰位和峰强有较大影响。

Ti/ZrN_2/Si薄膜界面扩散反应的研究

利用直流磁控反应溅射法在Si基底上制备了Ti/ZrN_2/Si多层薄膜,利用俄歇深度剖析和线形分析研究了真空热处理前后膜层间的界面状态及相互作用.研究结果表明,Ti膜和ZrN2膜均在沉积过程中发生了界面扩散作用,真空热处理可以显著地增强Ti/ZrN2/Si膜层间的界面扩散和化学反应,并分别在界面层生成了TiNx和SiNx等物种.

环境半导体Ca_2Si薄膜制备及椭偏光谱研究

采用磁控溅射系统成功地制备出了环境半导体Ca2Si薄膜,并对制备出的Ca2Si薄膜进行了椭偏光谱测量研究,得到了不同退火温度下Ca2Si薄膜的光学常数谱.结果表明,Ca2Si薄膜的折射率在4.3 eV附近取得极小值,其消光系数在3.3 eV附近取得极大值.

Si基稀土Er_2O_3薄膜材料特性及制备研究进展

Si基Er2O3薄膜材料具有带隙宽、k值高等特点,在微电子和光电子领域具有潜在的应用价值。首先,阐述了Si基Er2O3薄膜材料的晶体结构具有多态现象,而立方晶形的Er2O3具有方铁锰矿立方结构,易制成高度择优取向的薄膜甚至单晶膜。其次,介绍了利用X射线光电子谱(XPS)技术确定Er2O3和Si两种材料的价带和导带偏移及采用光电子谱来确定高k介质材料能带带隙。此外,还介绍了Si基Er2O3薄膜材料光学常数的测试方法及其光谱转换特性,可用于太阳光伏电池。最后,着重介绍了国内外Si基Er2O3薄膜材料制备方面的最新研究进展,并指出金属有机物化学气相淀积(MOCVD)是未来产业化制备Si基Er2O3薄膜材料的理想选择。

Al掺杂半导体Mg_2Si薄膜的制备及电学性质

采用磁控溅射方法和热处理工艺在Si衬底上制备了不同Al质量分数的Mg_2Si薄膜,研究了不同Al质量分数对Mg_2Si薄膜结构及其电学性质的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和四探针测试仪对Al掺杂Mg_2Si薄膜的晶体结构、表面形貌和电学性质进行表征和分析。结果表明:采用磁控溅射技术在Si衬底上成功制备了不同Al质量分数的Mg_2Si薄膜,样品表面表现出良好的连续性,在Mg_2Si(220)面具有择优生长性。随着质量分数的增加,结晶度先增加后降低,晶粒尺寸减小,且在Al质量分数为1.58%时结晶度最好。此外,样品电阻率也随着Al质量分数的增加逐渐降低,表明Al掺杂后的Mg_2Si薄膜具有更好的导电性,这对采用Mg_2Si薄膜研制半导体器件有着重要的意义。

基于复合靶溅射制备Mg_2Si薄膜及其热电性能

采用射频磁控溅射Mg-Si二元复合靶制备Mg_2Si热电薄膜,研究溅射功率、真空退火温度及退火时间对其性能的影响,探究较优的Mg_2Si薄膜制备工艺。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、霍尔效应测试仪、薄膜Seebeck系数测量系统对薄膜特性进行测试。由薄膜断面的能谱分析可知,Mg、Si元素在薄膜中分布均匀,且薄膜中Mg与Si摩尔比为2:1,与Mg_2Si相的组成摩尔比相符;XRD测试结果表明,溅射功率、真空退火温度及退火时间对薄膜的成膜质量均有影响。霍尔效应测试及Seebeck系数测量结果表明:所制备的Mg2Si薄膜均为n型半导体薄膜,其Seebeck系数的取值范围为-278.648^-483.562μV/K,薄膜电导率的取值范围为1.240~46.926 S/cm;120 W溅射功率下沉积的Mg_2Si薄膜经400℃真空退火保温3 h后,获得最大功率因子,其值为0.364 mW/(m·K^2)。

薄膜厚度对Si基SiO_2薄膜力学性能的影响

为了研究薄膜厚度对Si基SiO_2薄膜力学性能的影响规律,利用纳米压痕技术及有限元模拟方法对不同厚度的Si基SiO_2薄膜材料进行测试,分析了不同厚度薄膜的硬度及弹性模量等力学性能,讨论了不同压深膜厚比对不同厚度薄膜弹性恢复率的影响,并在试验的基础上,建立了有限元模型,模拟了不同厚度薄膜在相同压深下的载荷位移关系,分析了薄膜的弹性恢复性能。结果表明:SiO_2薄膜越厚其弹性模量越小,而薄膜的硬度在薄膜较薄时压痕的尺寸效应更明显,并利用模拟进一步分析得出薄膜越薄弹性恢复性能越好。

Ta_2O_5/Si薄膜界面结构及光催化活性

利用溶胶-凝胶法和旋转镀膜法在单晶Si(110)基底上制备了Ta_2O_5光催化剂薄膜.薄膜颗粒的晶粒度和大小随着热处理温度的升高而增加.利用扫描俄歇电子能谱(AES)的表面成分分析、深度剖析和线形分析技术研究了热处理温度对Ta_2O_5/Si样品膜层和基底的界面化学状态和相互作用的影响规律.研究表明,在700℃以下热处理时,Ta_2O_5/Si薄膜界面处以扩散作用为主;在800℃高温热处理时,在界面扩散的同时也引发界面反应,生成了SiO_2物种,界面扩散和界面反应会对薄膜和基底元素的化学价态发生影响.在紫外光下降解水杨酸的光催化活性的研究表明,在600℃下焙烧制备的Ta_2O_5/Si薄膜具有与TiO_2/Si薄膜相当的光催化活性.

β-FeSi_2/Si薄膜位向关系的计算

利用从固态相变产生的沉淀相惯习面总结出的Δg平行法则 ,计算了 β FeSi2 半导体薄膜和Si基体之间可能的择优取向关系。根据界面匹配和结构的分析 ,建议最优衬底基面的晶体学位向。预测的界面是一个无理面 ,含有原子尺度台阶 ,晶格间具有良好匹配关系。以该界面位向作为Si衬底的基面有可能导致高质量金属硅化物 β FeSi2