不同后处理方法对溶胶-凝胶SiO_2膜层抗污染能力的影响

以正硅酸乙酯作为前驱体,利用碱催化方式制备了SiO2溶胶,采用提拉法在K9基片上镀制SiO2单层薄膜,分别用热处理、紫外辐射处理、氨水加六甲基二硅胺烷气氛处理和酸碱复合膜4种后处理法对膜层进行处理,采用分光光度计、红外光谱、扫描探针显微镜、静滴接触角测量仪、椭偏仪等分析了薄膜的特性,通过真空环境加速污染实验对处理前后的膜层进行抗污染能力对比,结果表明:在碱性SiO2膜层上加镀一层酸性SiO2膜的复合膜层整体透过率仍保持在99%以上,疏水角达到128°,膜层真空抗污染能力大大加强。

Si/SiO_2和SiN_x/SiO_2多层膜的室温光致发光

采用射频磁控溅射法,制备了纳米Si/SiO2和SiNx/SiO2多层膜,得到强的可见光致发光,利用傅里叶红外吸收(FTIR)谱和光致发光(PL)谱,对其发光特性进行了研究,在374 nm和712 nm左右观察到强发光峰。用量子限制-发光中心(QCLC)模型解释了其可能的发光机制,认为发光可能源自于SiOx界面处的缺陷发光中心。建立了发光的能隙态(EGS)模型,认为440 nm和485 nm的发光源于N-Si-O和Si-O-Si缺陷态能级。

Si／SiNx／SiO2多层膜的光致发光

采用射频磁控溅射法,制备了具有强光致可见发光的纳米Si/SiNx/SiO2多层膜,利用傅立叶红外吸收(FTIR)谱,光致发光(PL)谱对其进行了研究。用260nm光激发得到的PL谱中观察到高强度的392nm(3.2eV)和670nm(1.9eV)光致发光峰,分析认为它们分别来自于缺陷态≡Si-到价带顶和从导带底到缺陷态≡Si-的辐射跃迁而产生的光致激发辐射复合发光。PL谱中只有370nm(3.4eV)处发光峰的峰位会受退火温度的影响,结合FTIR谱认为370nm发光与低价氧化物—SiOx(x<2.0)结合体有密不可分的关系。当SiO2层的厚度增大时,发光强度有所增强,800℃退火后出现最强发光,认为具有较大SiO2层厚度的Si/SiNx/SiO2结构多层膜更有利于退火后形成Si—N网络,能够得到更高效的光致发光。用量子限制-发光中心(QCLC)模型解释了可能的发光机制,并建立了发光的能隙态(EGS)模型。

ZrO_2/SiO_2多层膜的化学法制备研究

分别以ZrOCl2·8H2O和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶 凝胶工艺制备了性能稳定的ZrO2和SiO2溶胶。用旋转镀膜法分别在K9玻璃和单晶硅片上制备了ZrO2/SiO2多层膜。采用溶剂替换和紫外光处理等手段,有效地解决了ZrO2/SiO2多层膜中膜层开裂和膜间渗透等问题。应用扫描电子显微镜观测了薄膜的表面和剖面微观形貌,并用椭偏仪测得薄膜的厚度和折射率,研究了薄膜厚度、折射率与热处理温度、紫外光处理时间的关系,对所获得薄膜的紫外 可见、红外光谱进行了分析。用输出波长1064nm,脉宽15ns的电光调Q激光系统产生的强激光进行了单层膜的辐照实验,结果发现溶剂替换后激光损伤阈值有所提高。

快速热退火对a_Si:H/SiO_2多层膜光致发光的影响

采用在等离子体增强化学气相沉积 (PECVD)系统中沉积a_Si:H和原位等离子体逐层氧化的方法制备a_Si:H/SiO2 多层膜 .用快速热退火对a_Si:H/SiO2 多层膜进行处理 ,制备nc_Si/SiO2 多层膜 ,研究了这种方法对a_Si:H/SiO2 多层膜发光特性的影响 .研究发现对a_Si:H/SiO2 多层膜作快速热退火处理 ,可获得位于绿光和红光两个波段的发光峰 .研究了不同退火条件下发光峰的变化 .通过对样品的TEM、Raman散射谱和红外吸收谱的分析 ,探讨了a_Si:H/SiO2 多层膜在不同退火温度下的光致发光机理 .

SiO_2层晶化对TiN/SiO_2纳米多层膜结构和性能的影响

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同SiO2调制层厚的TiN/SiO2纳米多层膜.利用X射线衍射,X射线能量色散谱、扫描电子显微镜、高分辨电子显微镜和微力学探针表征和研究了多层膜的生长结构和力学性能.结果表明,具有适当厚度(0.45-0.9nm)的SiO2调制层,在溅射条件下通常为非晶态,在TiN层的模板作用下晶化并与TiN层共格外延生长,形成具有强烈(111)织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高的超硬效应(最高硬度达45GPa).随着SiO2层厚度的继续增加,SiO2层转变为非晶态,阻断了多层膜的共格外延生长,使纳米多层膜形成非晶SiO2层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降.

溶胶凝胶法制备SiO_2/TiO_2多层膜工艺研究

采用溶胶-凝胶工艺,使用旋涂方法在单晶硅片、石英玻璃和K9玻璃上制备SiO2/TiO2系列多层膜。采用椭偏仪、透射电镜等对所制得的多层膜的性能进行了研究。结果表明实验条件对SiO2/TiO2多层膜的制备非常重要。通过对实验条件的改善与优化,可以镀制出性能优良的SiO2/TiO2多层膜,以用于微型谐振腔、滤光片、一维光子晶体和传统的光学高反膜的研究。

a-Si:H/SiO2多层膜晶化过程中的发光机理

采用在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统中淀积a-Si:H薄膜结合原位等离子体氧化的技术,制备了一系列不同a-Si:H子层厚度的a-Si:H/SiO2多层膜.通过对其进行三步热处理:脱氢、快速热退火及准静态退火,使a-Si:H/SiO2多层膜中a-Si:H层发生非晶态到晶态的相变,获得尺寸可控的纳米硅nc-Si/SiO2多层膜.结合Raman谱,FTIR谱和TEM测试,对退火过程中多层膜的光致发光性质进行跟踪研究,分析了a-Si:H/SiO2多层膜在各个热处理阶段发光机理的演变,讨论了a-Si:H/SiO2多层膜晶化为nc-Si/SiO2多层膜过程中,发光机制与微结构之间的相互联系.

Si/SiO_2多层膜的I-V特性研究

用射频磁控溅射法制备了Si/SiO2多层膜,并对多层膜的I-V特性实验结果进行了拟合.分析表明,Si/SiO2多层膜的I-V特性由多种因素决定,单一的电流输运模型不能控制Si/SiO2多层膜的I-V特性,多层膜结构及氧化硅层的厚度是影响薄膜I-V特性的主要因素.

nc-Si∶(Al_2O_3＋SiO_2)复合膜的制备及其热电特性

采用真空热蒸发技术在石英玻璃衬底上蒸镀约400 nm的铝膜,并在空气中580℃的条件下退火1 h。在退火过程中Al与石英中的SiO2反应形成纳米硅nc-Si∶（Al2O3＋SiO2）复合膜。利用X射线衍射（XRD）、拉曼散射（Raman）及扫描电镜（SEM）等方法研究了薄膜的结构特性。测得膜厚约为760 nm,估算出薄膜中纳米硅（nc-Si）的平均尺寸约为25 nm。实验发现该nc-Si∶（Al2O3＋SiO2）复合膜有热电特性,研究了其电阻率及Seebeck系数随温度（293-413 K）的变化关系,在293 K和413 K该薄膜的Seebeck系数分别约为-624μV/K和-225μV/K。

以嵌段共聚物调控中间层的SiO2复合膜的制备和表征

采用溶胶-凝胶模板法,以三嵌段共聚物PEO20PPO70PEO20(P123)为模板剂,制备SiO2中间层膜以改善SiO2复合膜的渗透和分离性能。比较了模板剂含量对溶胶粒径和膜孔径的影响。研究表明:随着模板剂含量的增加,溶胶粒子的尺寸和所制备的中间层的孔径随之增加;中间层的加入利于制备出孔径分布窄,孔隙率高的SiO2复合膜。相对于无中间层膜,复合膜具有较高的渗透量和分离性能。在跨膜压差0.04MPa时,复合膜对氮气的渗透系数可达5×10-8mol/m2s Pa,正己烷/氮气的分离因子为2.6。

nc-Si/SiO_2复合膜的非线性光学性质

采用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术,制备a-SiOx∶H(0<x<2)薄膜,经高温退火形成纳米硅晶粒(nc-Si)埋入SiO2基质的复合膜nc-Si/SiO2.采用简并四波混频技术(DFWM),研究nc-Si/SiO2复合膜的非线性光学性质,观察到这种纳米薄膜材料的位相共轭信号,测得样品在光波波长在589 nm处的三阶非线性极化率为X(3)=5.6×10-6esu,并分析其光学非线性增强机理.

溶胶-凝胶法制备SiO_2/TiO_2多层膜的研究

通过对溶胶、热处理温度以及溶胶-凝胶过程中反应和存放的环境温度及湿度等参数的调整,研究了在实验室条件下制备SiO2/TiO2多层膜的方法.已制备出折射率可调的溶胶,所镀制的SiO2薄膜折射率在1.18～1.41之间可调,TiO2薄膜折射率在1.80～2.20之间可调.采用椭偏仪、红外分光光度计、紫外-可见分光光度计等对所制得的多层膜的性能进行了研究,结果表明,实验条件对SiO2/TiO2多层膜的制备非常重要.

退火温度对Ta2O5/SiO2多层反射膜结构和应力特性的影响

介质膜反射镜是星载激光测高仪系统中不可缺少的薄膜元件,其面形质量直接影响探测系统测距的分辨率和精度.本文采用离子束辅助电子束蒸发工艺在石英基底上沉积Ta2O5/SiO2多层反射膜,并在200—600℃的空气中做退火处理.通过X射线衍射、原子力显微镜、分光光度计及激光干涉仪等测试手段,系统研究了退火温度对Ta2O5/SiO2多层反射膜结构、光学性能以及应力特性的影响.结果表明:Ta2O5/SiO2多层反射膜退火后,膜层结构保持稳定,膜层表面粗糙度得到有效改善;反射膜在500—600℃退火后,残余应力由压应力向张应力转变;采用合适的退火温度可以有效释放Ta2O5/SiO2薄膜的残余应力,使薄膜与基底构成的介质膜反射镜具有较好的面形精度.本文的实验结果对退火工艺在介质膜反射镜面形控制技术方面的应用具有重要意义.

AlN/SiO_2纳米多层膜的超硬效应与高温抗氧化性

采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO_2层厚的AlN/SiO_2纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能,研究了多层膜微结构与力学性能随SiO_2层厚的变化,考察了AlN/SiO_2纳米多层膜的高温抗氧化性.结果表明,受AlN层晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的SiO_2层在厚度<0.6nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体,并与AlN形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应.SiO_2随自身层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长,致使多层膜的外延生长结构受到破坏,其硬度也随之降低.高温退火研究表明,高硬度的AlN/SiO_2纳米多层膜的抗氧化温度为800℃,与AlN单层膜相当.SiO_2层的加入尽管能使多层膜获得较高硬度,但是并不能提高其抗氧化温度.

SiON/SiO_2复合膜层对太阳能电池阵板间电缆的表面改性及其耐空间环境性能

在空间站工作的太阳电池阵板间电缆上下表面为聚酰亚胺薄膜,在低轨运行时会受到原子氧的强烈侵蚀,需要采取措施对其进行保护。采用射频磁控溅射法在电缆表面制备了颗粒尺寸均匀、排列致密的SiO_2膜层。通过表征空间环境试验前后样品发现由于电缆表面的凸起颗粒等缺陷无法完全被SiO_2膜层覆盖,导致原子氧会对缺陷位置产生侵蚀作用。采用全氢聚硅氮烷溶液对板间电缆基底进行表面改性处理,制备的聚硅氧氮烷涂层(SiON)可以有效地覆盖电缆基底表面的凸起颗粒等缺陷,使得其上溅射的SiO_2膜层表面光滑平整。经原子氧暴露试验,SiON/SiO_2层内部没有受到其侵蚀作用,可以防止原子氧对电缆基底的破坏。经多次冷热循环试验,SiON/SiO_2复合膜层仍然具备良好的结构特性与结合性能。

用中频溅射沉积的大面积SiO_2膜层损伤机制的探讨

大面积 Si O2 厚膜沉积可创造很高的附加值 ,但在规模生产中会出现严重的膜层损伤。本文针对这一现象进行机理探讨。