不同溅射条件对超薄外延氮化铌薄膜超导性能的影响

氮化铌(NbN)由于其较高的超导转变温度、较窄的转变宽度以及良好的稳定性一直被广泛地应用于低温超导器件中.因此,生长高质量的超导Nb N薄膜是制备高性能薄膜超导器件的关键及难点.本文主要介绍了利用磁控溅射法在氧化镁(MgO)100基底上生长厚度为5 nm的超薄超导外延NbN薄膜,并系统分析了溅射参数对薄膜性能的影响.实验结果表明,在合适的氮氩比或功率下,高真空、高溅射温度、低工作气压与NbN薄膜超导转变温度成正相关.采用综合物性测量系统(physical property measurement system, PPMS)进行电学分析,所制备的NbN薄膜超导最高转变温度为12.5 K.该工作为进一步研究超薄NbN薄膜的生长提供了理论指导,也为后期在其他基底上制备NbN超导器件提供了基础.     

硅衬底上制备4H-SiC择优取向膜的一种新方法

碳化硅（SiC）作为一种化学性能稳定的宽带隙半导体,是高温、抗辐射电子器件和短波长光电子器件的优选材料,倍受各国重视。在SiC常见多型中,4H-SiC比其它多型（6H或3C-SiC）有更宽的带隙,更高的电子迁移率和低的电子迁移率各向异性,所以更受青睐。 外延生长SiC薄膜,通常采用化学气相沉积,激光溅射法或分子束外延等方法。4H-SiC单晶薄膜一般在1500℃以上的温度下同质外延生长在4H-SiC单晶衬底上,所用设备复杂,产品成本很高。故探索在较低温度下生长优质4H-SiC薄膜的新途径具有重要意义。 我们曾利用短程结构与4H-SiC相似的非晶纳米氮化硅粒子的有机复合膜,经高温热解在单晶硅衬底上生长了4H-SiC多晶薄膜。在本文的工作中,我们利用LB膜技术,在单晶Si（111）衬底上对非晶氮化硅纳米微粒进行有序组装,形成氮化硅纳米微粒与聚酰亚胺复合的LB膜,经950℃真空热解,制得了以单晶硅为衬底,具有择优取向的4H-SiC晶态膜。用这种     

铝掺杂对硅基薄膜电致发光的影响

采用双离子束共溅射技术，通过对由Al,Si和SiO2组成的复合靶的溅射制备出掺铝的富硅二氧化硅复合薄膜（AlSiO)。其中铝和硅在薄膜中的含量可通过改变靶面上铝和硅秘占的表面积来调节。在所有的样品中，在可见光范围均观察到仅有一个位于510nm的电致发光（EL）谱峰。实验结果表明，在一定的工艺条件下适量的掺铝可明显地改善EL的启动电压及发光强度。     

离子束溅射Fe和Cu薄膜初生过程的原位研究

薄膜初生过程对薄膜的结构,界面的形成和性能有着重要的影响.真空蒸发沉积薄膜的大量研究表明:薄膜的生长方式主要有3种:层状方式(Frank-van der Merwe Mode,FMMode)、岛状生长(Volmer-Weber Mode,VW Mode)和层岛混合型(Stranski-KrastanovMode,SK Mode).基片的种类、位向、表面状况和沉积温度对薄膜的初生过程也有较大的作用.然而,作为薄膜制备的主要方法之一的离子束溅射成膜初生过程的研究尚少见报道.由于离子束溅射成膜速度快、质量优、易控制而得到广泛应用.本文应用扫描Auger能谱仪原位研究离子束溅射纯元素成膜的初生过程.利用能谱仪的超高真空环境和二次离子枪完整地重复了正常的离子束溅射铜,铁元素的成膜过程,较为直观地了解了溅射成膜的整个过程.     

利用离子束技术原位制备高温超导薄膜

超导薄膜是高温超导材料弱电应用的关键技术。目前磁控溅射(包括直流和射频)和激光淀积方法已被广泛应用获得高温超导薄膜。相比这两种常用制膜方法,离子束溅射(IBS)具有独特优势。IBS工作气压很低,靶与衬底间不存在外加电场,减少了薄膜中杂质,消除了普通等离子体溅射方法中负离子反溅射有害效应。同时也不存在激光淀积薄膜均匀性差、薄膜中颗粒较大等缺点,是一种很有发展前途的制膜手段。利用离子束技术后退火制备性能较好的     

类金刚石膜及其淀积条件的研究

类金刚石薄膜是８０年代初出现的新型非金属薄膜材料之一,目前已受到了人们广泛的注视并引起了人们的极大兴趣。本文重点介绍双离子束溅射方法,对该方法在不同条件下制备的类金刚石薄膜进行了部分性能测试,通过对测试结果的比较及深入讨论,获得了用双离子束溅射方法制备性能优异类金刚石薄膜的最佳条件及有用结论。     

用对向靶溅射法制备巨磁阻超晶格薄膜

巨磁阻(GMR)超晶格薄膜(如Co/Cu,Ni/Ag以及Fe/Cr等系统)的研究已取得许多重要成果,其中Co/Cu多层薄膜受到特别重视,因其具有较高的室温巨磁阻效应,而且重复性好和容易制备,极有希望首先得到应用,已报道的制备方法包括分子束外延、超高真空蒸发以及磁控溅射,其中,磁控溅射法所得到的GMR较大,采用较为普遍,普通磁控溅射中铁磁靶材引起的磁屏蔽导致溅射率低,而且靶面溅蚀不均匀以及存在对薄膜的二次溅射等问题.本文用     

磁控溅射工艺引起硅表面超薄钝化层电子结构变化

通过真空热退火、有效少子寿命(πeff)的测量(利用微波光电导衰减μ-PCD法)和表面-界面光电子能谱分析(X-ray Photoemission Spectroscopy,XPS)等方法,研究了磁控溅射沉积ITO(Indium Tin Oxide)薄膜过程中,等离子体中载能粒子束(原子/离子和紫外辉光)对超薄Si Ox(1.5~2.0 nm)/c-Si(150μm)样品界面区的原子成键和电子态的损伤问题,并就ITO薄膜的硅表面电子态有效钝化功能进行了研究.结果表明,溅射沉积ITO薄膜材料后该样品的πeff衰减了90%以上,从105μs减少到5μs.但是,适当退火条件可以恢复少子寿命到30μs,表明Si Ox/c-Si之间界面态的降低有助于改善氧化层的钝化效果.ITO薄膜和c-Si之间Si Ox薄层的形成和它的结构随退火温度的变化,是导致界面态、少子寿命变化的主要原因,且得到了XPS深度剖析分析的确认.     

在Pt/SrTiO_3衬底上制备高c轴取向PbTiO_3薄膜

铁电PbTiO_3薄膜是一种优良的热释电材料。特别是c轴取向的PbTiO_3薄膜,因为c轴就是极化轴,并且c轴取向的ε低(约为100),所以它的热释电系数大,介电常数小,热容量小,很有希望成为高性能指数,高灵敏度的红外传感器材料。国外用溅射法在MgO(100)单晶和外延的P_t膜上制备了高c轴取向的PbTi0_3薄膜,并报道了其优良的电学性质。新近发展起来的sol-gel方法与溅射法相比,制备铁电薄膜有组分易控制,设备简单,成     

强磁场中射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的结构及磁性

研究了强磁场对射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的微结构和磁性能的影响. 在O2流量比小于1.0%、外加磁场低于1.0 T的溅射条件下, 得到了中孔型、相分离型和混合型3种典型的样品宏观形貌, 表明强磁场不但影响等离子体的分布而且影响溅射原子的角分布. 在O2流量比大于2.0%,外加磁场高于2.0 T的条件下制备的Fe-Si-O薄膜中, 经X射线衍射分析发现了强(110)取向的Fe3O4相；磁性测量发现垂直膜面方向上的剩磁和矫顽力大于平行膜面情况. 这些结果表明在薄膜沉积过程中, 强磁场不但使磁性薄膜取向, 而且在膜中诱导出了显著的垂直磁各向异性.     

电化反应生成LiTaO_3薄膜及器件

热电器件的理论分析指出,减薄晶片厚度将提高器件性能,从而导致对减薄技术的广泛研究,其中有激光蒸发T.G.S.,高频溅射ZnO,PZT等等,而最好的热电材料之——LiTaO_3已报道用离子束研磨、高频溅射、滚轧淬火等方法获得单晶或多晶薄膜。     

铁电(Pb_(0.925)La_(0.075))(Zr_(0.65)Ti_(0.35))_(0.981)O_3薄膜的疲劳特性研究

铁电薄膜(BaLiO_3,PbLiO_3,(Pb_(1-x)La_x)(Zr_yLi_(1-y))_(1-x/4)O_3(PLZL_x/y/(1-y)),LiNbO_3,Bi_4Li_3O_12等)在近20年来由于其在电、光学上的大量应用而被广泛地研究,尤其是铁电薄膜存储器综合了半导体存储器与磁存储器的优点,具有高速度、高密度、非挥发性和极好的抗辐射性等特点,并能与半导体工艺相兼容,是国际上研究的热门领域.这些应用都需要高质量的铁电薄膜,许多薄膜制备技术,如纪光闪蒸、溅射、外延沉积、化学蒸发沉积和sol-gel方法等,已被用于在各种衬底上制备铁电薄膜.     

Tb-Fe合金系非晶薄膜的电子输运性质

引言非晶材料的电子输运性质已成为人们感兴趣的研究课题。我们对稀土—铁族非晶薄膜开展了一些观察电子输运性质的工作。在对溅射的Gd-Co薄膜观察到低温电阻率反常之后,对用蒸发淀积方法制备的Tb_(36)Fe_(64)非晶薄膜,也观察到低温电阻率反常。在此基础上,我们在一般真空度(2×10~(-5)—6×10~(-6)mmHg)的条件下,制备了一组Tb_xFe_(100-x)(at.％)合金非晶薄膜,20≤x≤75,进一步探讨稀土一铁族非晶薄膜的电子输运性质。     

非晶态SiO2过渡层上高C轴取向LiNbO3薄膜及生长机制探讨

利用脉冲激光沉积(PLD)技术在单晶硅衬底的非晶态SiO2过渡层上外延生长了具有优良结晶品质和高度C轴取向性的LiNbO3光波导薄膜.利用X射线衍射、高分辨电子显微镜和原子力显微镜等手段对LiNbO3薄膜的结晶品质和C轴取向性等进行了系统的分析,基本确定了薄膜C轴外延生长的最佳沉积参数.非晶态SiO2过渡层上的LiNbO3薄膜由尺度约为150 nm×150nm的四方柱状C轴取向的单晶畴紧密排列而成,并且具有陡峭的界面结构.棱镜耦合技术测量表明,激光可以被耦合到LiNbO3薄膜中,形成TE和TM模式的光波导.此外,对于LiNbO3薄膜在非晶过渡层上择优取向生长的物理机制和薄膜基底效应进行了初步探讨,提出其生长机制很可能符合光滑晶面上三维岛状成核生长的Volmer模式.     

利用准分子激光制备超导薄膜

自从镧系氧化物超导陶瓷发现以来,高温超导材料及其应用的研究异常活跃。人们不仅在理论上探索其机制,而且对其实际应用尤其是在微电子学中的应用也做了大量研究,并认识到制备出性能优良的超导薄膜是高温超导材料的许多应用的先决条件。随之,各种各样制备超导薄膜的方法,如电子束多源真空蒸镀、射频溅射、磁控溅射。分子束外延生长和激光蒸镀     

G.D.非晶硅薄膜的晶化特性

一、引言 近两年来国外报道了非晶硅薄膜的晶化问题。由于非晶半导体的热力学相是不稳定的,具有无序网络结构的非晶态硅只要经过一定的工艺处理(如退火、激光辐照或掺杂)就会在无序网络结构中呈现出微晶以至多晶结构。可以说,实用的非晶硅薄膜是由含有一定成份细小品粒(50～100)的微晶和非晶相的混合结构所构成。近两年,我们研究了用CVD法和G.D.法制备的非晶硅薄膜的晶化问题。     

单个准分子激光脉冲和位相光栅模板制作表面周期结构

近年来,准分子激光器(excimer laser)以其高能量的脉冲式紫外(193nm或248nm)激光输出特征而被人们用于部分薄膜材料的加工和制备,其原理是用聚焦后的准分子激光脉冲对靶材进行轰击,一定条件下将轰击出来的靶材颗粒均匀沉积在基片上便可以生长出薄膜结构,这种方法又称为PLD(Pulse laser deposition)技术.利用准分子激光器和石英位相光栅模板,人们已经在光敏光纤和光敏光波导中写入了性能良好的Bragg折射率光栅,由于LiNbO_3(LN)和 LITaO_3(LT)这两种重要的光学晶体均对准分子激光波长(248 nm)产生强烈吸收,所以当它们被该激光照射时,激光能量将被晶体吸收并产生热量.如果激光的能量密     

脉冲激光诱导蒸气沉积硅薄膜

近年来,激光诱导化学反应研究的很广泛。激光的频率调谐到与分子的振荡能级相匹配时,分子的振动模式将受到很大影响。类似分子的激发,可以导致在基板上沉积固体薄膜。硅薄膜在太阳能材料和半导体工业方面是很重要的。它可用不同的方法来制备,其中化     

MgO/α-Al_2O_3单晶衬底上磁控溅射Pt外延薄膜微结构观测分析

采用射频磁控溅射方法在Mg O和α-Al_2O_3单晶基片上沉积制备Pt外延薄膜,研究了衬底晶格结构和沉积氛围对薄膜外延生长晶向和表面形貌的影响.实验研究表明,Pt薄膜外延生长晶向主要受衬底表面晶格结构的影响,沉积氛围主要影响薄膜表面形貌.X射线衍射分析证明了Pt(100)//Mg O(100),Pt(111)//Mg O(111),Pt(111)//α-Al_2O_3(0001)和Pt(111)//α-Al_2O_3(01 12)的晶面外延关系.扫描电子显微镜观测发现15%氧分压氛围沉积在Mg O(111)和α-Al_2O_3(01 12)衬底上的Pt(111)外延薄膜以三角形晶粒密排堆叠形成平整致密的膜面,但膜内存在旋转畴缺陷;而15%氧分压氛围沉积在Mg O(100)衬底上的Pt(100)外延薄膜无旋转畴缺陷,但薄膜表面出现大小不一的微孔.     

用具有单晶硅辐射基片加热器和活性氧发生器的激光淀积系统制备双面YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜

超导微波器件是高温超导薄膜的重要应用之一,尤其是使用YBa_2Cu_2O_(7-δ)(YBCO)高温超导薄膜制作无源微波器件,例如超导微带谐振器、滤波器、超导天线、超导延迟线等,更受到各国有关研究组的重视,而且发展很快.这类器件的核心部件是一块刻成特定图形的YB-CO超导薄膜,在薄膜的另一面放置另一块低电阻率的金属薄膜或超导薄膜做为接地电极.这种结构的微波器件虽然取得了很大进展,但是仍然因为基片的微变形或金属电极的电阻而使器件的损耗较大,这种由于非理想接地电极引起的损耗可能占到总损耗的30%.如果用双面超导薄膜制作微波器件则这种损耗可以消除.因而,使用双面超导薄膜制备超导微波器件是进一步降低微波损耗的重要途径.从90年代初到现在国际上一些先进的实验室一直进行制备双面超导薄膜的研究,并在美、日、德等国的一些实验室获得成功.制备双面超导薄膜的方法有多种,如脉冲激光淀积(PLD)法、MOCVD法、共蒸发法和溅射法等.在这些方法中脉冲激光淀积法因为有其独特的优点而倍受重视.采用激光法制备双面高T_c超导薄膜的关键之一是基片的非接触加热技术.目前常被采用的非接触加热方法有3种:1.卤素灯加热,2.空腔加热,3.二氧化碳激光加热.以上3种加热方法都存在着各种不同的缺点,例如结构复杂,使用不便