SiO_(2)图形化蓝宝石衬底对GaN生长及LED发光性能的影响

为了提高氮化镓(GaN)基发光二极管(LEDs)的发光性能,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在蓝宝石衬底上沉积SiO_(2)薄膜,经过光刻和干法刻蚀技术制备了SiO_(2)图形化蓝宝石衬底(SiO_(2)patterned sapphire substrate,SPSS),利用LED器件的外延生长和微纳加工技术获得了基于SPSS的GaN基LED器件。通过分析GaN外延层晶体质量、光提取效率和LED器件性能,重点研究了SPSS对GaN生长及LED发光性能的影响。实验及模拟仿真结果表明,与常规图形化蓝宝石衬底(Conventional patterned sapphire substrate,CPSS)相比,SPSS上生长的GaN外延层位错密度较低,晶体质量较高,SPSS-LED的光提取效率提高26%、光输出功率和亮度均提高约5%。

退火温度对蓝宝石衬底上Mg_(2)Si薄膜质量和光学性质的影响

采用磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了结晶良好的Mg2Si多晶薄膜,研究了退火温度(375~475℃)对薄膜晶体结构、表面形貌、拉曼光谱和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,当退火温度为400 ℃时Mg_(2)Si(220)衍射峰强度最强,样品结晶质量最好,未见明显可观测的MgO相。扫描电镜(SEM)结果表明,所有样品表面均呈现清晰可见的规则六边形,且退火温度对形貌影响较小。拉曼光谱结果显示所有样品均呈现出Mg_(2)Si薄膜的特征峰(256 cm^(-1)附近的F_(2g)振动模),同时出现345 cm^(-1)附近的F_(1u)(LO)声子模,表明生成样品均为结晶良好的Mg_(2)Si薄膜。对薄膜光学性质的研究结果表明,随着退火温度升高,样品光学带隙先增大后减小。

柔性复合模板压印技术制备图形化蓝宝石衬底

图形化蓝宝石衬底(PSS)技术对提高发光二极管(LED)的内量子效率和光提取效率具有重要意义。研究了一种采用柔性复合模板压印制备图形化蓝宝石衬底的技术,其工艺流程主要包括三步图形转移。首先,在蓝宝石衬底上沉积二氧化硅,并在二氧化硅膜层上旋涂压印胶,利用紫外光固化压印技术实现模板结构向压印胶层转移。再通过电感耦合等离子体刻蚀的方法将压印胶层的结构转移到二氧化硅膜层,并以二氧化硅为掩模湿法腐蚀蓝宝石衬底形成图形结构。最后,去除二氧化硅后即可获得图形化蓝宝石衬底。实验证明,在柔性复合模板纳米压印技术制备的图形化蓝宝石衬底上生长的LED,其光致发光谱的强度比无图形结构衬底上生长的LED明显增强。

蓝宝石衬底材料CMP去除速率的影响因素

阐述了蓝宝石衬底应用的发展前景及加工中存在的问题,分析了蓝宝石衬底化学机械抛光过程中pH值、压力、温度、流量、抛光布等参数对去除速率的影响。提出了采用小流量快启动的方法迅速提高CMP温度,在化学作用和机械作用相匹配时(即高pH值、大流量或低pH值,小流量)可得到较高去除速率,且前者速率高于后者。实验采用nm级SiO2溶胶为磨料的碱性抛光液,使用强碱KOH作为pH调节剂,并加入了适当的表面活性剂及螯合剂等。工艺参数为压力0.18MPa、温度45℃、转速60r/min,采用Rodel-suba 600抛光布,在保证表面质量的同时得到的最大去除速率为11.35μm/h。

在蓝宝石衬底上外延生长ZnGa2O4纳米线及其表征

使用一种简单的化学气相沉积法成功地在c面蓝宝石衬底上外延生长了整齐排列的ZnGa2O4单晶纳米线。研究了在不同生长温度和生长压力下外延生长ZnGa2O4纳米线,并使用XRD,SEM和TEM对产物进行了表征。结果表明,在生长条件为980℃和100Torr时,可以外延生长出整齐排列的ZnGa2O4纳米线。所制备的ZnGa2O4纳米线直径为60~150nm,并遵循Au催化的VLS生长机制沿其四个结晶学方向在蓝宝石上外延生长。分析了纳米线沿四个方向生长的原因,并对纳米线的光致发光性能进行了探讨。

高温处理对Si图形衬底上SiO_(2)掩膜层的影响

本文研究了用于3C-SiC薄膜选择性生长的Si基图形化衬底上不同厚度SiO_(2)掩膜层的稳定性与温度的关系。通过在Si(100)衬底上干氧氧化制备300 nm厚度和500 nm厚度的SiO_(2)掩膜层,采用光刻和湿法刻蚀工艺将SiO_(2)层刻蚀成周期性条形结构。光学显微镜图像表明,对于300 nm厚的SiO_(2)掩膜图形层在真空气氛中1200℃,保持16 min后发现高温处理不但使Si衬底表面的SiO_(2)掩膜图形消失,还会造成掩膜层下的Si衬底被过度反应,整个Si衬底表面变粗糙。在同样的温度和时间条件下,通入H_(2)(100 sccm)处理后仅发现SiO_(2)掩膜层消失;通入H_(2)与C_(2)H_(2)(3 sccm)混合气体处理后,发现加入C_(2)H_(2)对SiO_(2)掩膜层影响并不明显;而500 nm厚度的SiO_(2)掩膜层在同样3种条件下处理后能保持大面积的完整度。

CeO2缓冲层对蓝宝石基Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜结构和介电性能的影响

利用磁控溅射法制备Ce O_2缓冲层,通过脉冲激光沉积法制备Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3(BST)薄膜,在Al_2O_3(11—02)蓝宝石基片上构架了Pt/BST/Ce O_2/Al_2O_3和Pt/BST/Al_2O_3叉指电容器,对比研究了Ce O_2缓冲层对BST薄膜结构和叉指电容器介电性能的影响。通过X射线衍射仪、原子力显微镜和LCR表分别对叉指电容器的结构、表面形貌和介电性能进行了表征。实验发现,直接沉积在蓝宝石上的BST薄膜为多晶结构,生长在Ce O_2缓冲层上的BST为(001)取向的高质量外延薄膜。生长在Ce O_2缓冲层上的BST薄膜相对于没有缓冲层的BST薄膜具有更小的晶粒和均方根粗糙度。在40 V偏置电压下,Pt/BST/Al_2O_3和Pt/BST/Ce O_2/Al_2O_3叉指电容器的调谐率分别是13.2%和25.8%;最小介电损耗为0.021和0.014。结果表明Ce O_2缓冲层对生长在蓝宝石基片上的BST薄膜结构和介电性能具有重要影响。

金属电阻率Cu/Cu_2O半导体弥散复合薄膜的制备及其偏压效应

采用平衡直流磁控溅射技术,通过改变衬底偏压在玻璃衬底上制备了Cu/Cu2O 弥散复合薄膜,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、四探针测试仪和紫外-可见分光光度计等进行表征与分析.研究发现,Cu/Cu2O 弥散复合薄膜表现出金属和半导体双特性,其电阻率范围为（5.23-9.98）×10^-5 Ω·cm,禁带宽度范围为2.23-2.47eV.同时,研究还发现衬底偏压对Cu/Cu2O 弥散复合薄膜的形貌、结构、电学和光学性能都产生了较大的影响,特别是当衬底偏压为-100V时薄膜样品的表面最为致密,结晶程度最好,电阻率最低,禁带宽度最窄.进一步地,对平衡磁控溅射过程的偏压效应进行了分析,并提出了两种区别于传统轰击和再溅射作用的新机制.

柔性PANI-SnO2复合薄膜的制备及其对NH3的气敏特性

以苯胺与二氧化锡(SnO2)为前体,通过将原位化学氧化聚合法与静电吸附相结合,在柔性衬底聚酰亚胺(PI)上制备了聚苯胺-二氧化锡(PANI-SnO2)复合薄膜。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)对复合薄膜的结构与形貌进行表征,证实了PANI-SnO2的成功合成与复合。对其在室温条件下进行了一系列气敏性能测试,结果表明SnO2的添加有效提升了PANI对氨气(NH3)的响应能力;该PANI-SnO2复合薄膜对体积分数为1×10^-5~6×10^-5的NH3具有良好的灵敏度,此外,该复合薄膜具有良好的重复性与选择性;而且在进行弯折处理后,PANI-SnO2对NH3的响应值并无明显变化。上述结果都表明PANI-SnO2复合薄膜对NH3的检测具有实际应用价值。

ZnAl_2O_4/α-Al_2O_3复合衬底的制备和GaN薄膜的生长

利用脉冲激光淀积法（PLD）在α-Al2O3衬底上淀积了ZnO薄膜,通过ZnO和α-Al2O3固相反应制备了具有ZnAl2O4覆盖层的α-A2O3衬底.X射线衍射谱（XRD）表明ZnAl2O4薄膜随反应时间由单一（111）取向转变为多晶取向,然后变为不完全的 （111）择优取向.同时扫描电子显微镜（SEM）照片表明ZnAl2O4表面形貌随反应时间由均匀的岛状结构先变为棒状结构,然后再变为突起的线状结构.另外,XRD谱显示低温制备的ZnAl2O4在高温下不稳定.在ZnAl2O4覆盖的α-Al2O3衬底上利用光加热低压MOCVD法直接生长了GaN薄膜.XRD测量表明随ZnAl2O4厚度增加GaN由c轴单晶变为多晶,单晶GaN的摇摆曲线半高宽为0.4°.结果表明薄ZnAl2O4覆盖层的岛状结构有利于GaN生长初期的成核,从而提高了GaN的晶体质量.

MOCVD法制备SnO2单晶薄膜的结构和光学性质

用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法在蓝宝石（0001）衬底上制备出高质量的氧化锡（SnO2）单晶薄膜。对制备薄膜的结构和光学性质进行了研究。制备样品具有纯snO2的四方金红石结构，其外延生长方向为SnO2（100）∥Al2O3（0001）。薄膜均匀、致密，具有很好的取向性和结晶性。透射谱测量结果表明，在可见光区薄膜的绝对透过率达到了90％以上。

物理气相传输法制备层状MoS_2薄膜

以化学气相沉积(CVD)方法在蓝宝石衬底上沉积一层较厚的MoS_2膜作为前驱体,使用物理气相传输(PVT)方法制备了层状MoS_2薄膜。用光学显微镜、扫描电子显微镜、喇曼光谱和光致发光光谱对制备的层状MoS_2膜表面形貌、层数、光学特性进行了研究。分析了源和衬底距离对MoS_2薄膜沉积的影响,发现距离较近有利于成核概率增大,形成连续膜,但是易引入不稳定因素导致立体生长的MoS_2纳米片,同时观察到出现树枝状生长,这是由于前驱体质量过剩引起的部分晶面生长速率过高导致的。喇曼光谱测试表明,薄膜大部分为单层膜和双层膜,有少量的多层膜,膜的光致发光光谱强度与层数有关,单层膜光致发光光谱强度最强。

磁控溅射氧氩体积流量比对β-Ga_(2)O_(3)薄膜的影响

利用射频磁控溅射在c面单晶蓝宝石(Al_(2)O_(3))衬底上制备Ga_(2)O_(3)薄膜,研究了溅射过程中通入氧气与氩气的体积流量比对经过异位高温后退火处理得到的β-Ga_(2)O_(3)薄膜特性的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行表征,结果表明β-Ga_(2)O_(3)薄膜沿着■晶面择优生长,具备较好的单一取向性。在氧氩体积流量比约为1∶20时,薄膜的结晶性能相对较好、表面晶粒分布较均匀、均方根粗糙度较小、晶粒尺寸较大。此外,吸收光谱表征结果表明,不同氧氩体积流量比下制备得到的β-Ga_(2)O_(3)薄膜的带隙变化范围为4.53~4.64 eV,在较低氧氩体积流量比下制备的β-Ga_(2)O_(3)薄膜表现出较优的光学性质,在波长200~300 nm内具有较好的吸收特性,表现出良好的深紫外光学特性。

纳米压印技术在光电领域的应用

当前,一种新型纳米压印技术被提出并开始逐步用于后续替代光刻机,纳米压印的基础原理为将硅胶覆盖在一个图形基板上,待硅胶完全与基板贴合后固化,然后剥离掉硅胶,最后将硅胶压到匀胶好的晶片表面进行紫外光照射及加热,从而实现把硅胶表面的图形转移到光刻胶上。纳米压印技术已经广泛应用到图形化蓝宝石衬底上,一种与图形化蓝宝石衬底相接近的新型图形化蓝宝石复合衬底已经被提出并开始商业化,该产品主要采用的依然是原始的光刻方法进行图形化转移,主要论述纳米压印技术在图形化蓝宝石复合衬底为主的光电领域应用的可行性。

金属有机物化学气相沉积法生长Ga_(2(1-x))In_(2x)O_3薄膜的结构及光电性能研究

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在蓝宝石(0001)衬底上制备出了Ga2(1-x)In2xO3(x=0.1—0.9)薄膜,研究了薄膜的结构、电学和光学特性以及退火处理对薄膜性质的影响.测量结果表明:当In组分x=0.2时,样品为单斜β-Ga2O3结构;x=0.5的样品,薄膜呈现非晶结构,退火处理后薄膜结构得到明显的改善,由非晶结构转变为具有(222)单一取向的立方In2O3结构;对于x=0.8,薄膜为立方In2O3结构,退火后薄膜的晶体质量得到提高.在可见光区薄膜本身的透过率均达到了85%以上,带隙宽度随样品中Ga含量的改变在3.76—4.43eV之间变化,且经退火处理后带隙宽度明显增大.

气相传输平衡技术制备LiGaO_2薄膜

为获得与GaN薄膜晶格失配小的衬底材料,报道了利用气相传输平衡技术(VTE)在(100)-βGa2O3单晶衬底上制备高度[001]取向LiGaO2薄膜的方法。经过X射线衍射分析表明得到的薄膜是由单相LiGaO2组成。利用扫描电镜(SEM)观察表面形貌,发现经气相传输平衡技术处理得到的薄膜表面形貌主要受温度的影响,表面晶粒尺寸随温度上升而增大。而X射线衍射测试表明随着温度上升,所得到的薄膜也从多晶向单晶化转变。在经过退火处理后,通过观察吸收谱发现LiGaO2薄膜中产生色心,并且色心的种类与温度有关。表明可以通过气相传输平衡技术技术,在远低于LiGaO2熔点的温度制备外延GaN用(001)LiGaO2∥(100)β-Ga2O3复合衬底。

新型GaN/Ga2O3 HEMT以及Ga2O3/GaN异质结构的外延生长

来自德国和意大利的研究人员一直在探索在蓝宝石衬底上生长ε-多型氧化镓(ε-Ga2O3)和氮化镓(GaN)集合的外延生长方法,以期将其应用在高电子迁移率晶体管(HEMT)中(Stefano Leone等人,Journal of Crystal Growth,vol534,p125511,2020)。