MEMS开关中氮化硅薄膜工艺研究

分析了沉积薄膜厚度、PECVD的薄膜沉积温度、反应气体形成的杂质以及多层薄膜之间热应力匹配等因素对薄膜残余应力的影响.应用光刻分割聚酰亚胺(PI)牺牲层、分层生长氮化硅薄膜及快速热退火等工艺减小薄膜残余应力,成功生长出了合格的氮化硅薄膜.     

利用不同沉积温度和衬底控制压电/压磁异质结的磁电耦合系数

以生长在不同电极衬底:MgO,c-sapphire,a-sapphire,Si上的钙钛矿PbTiO3(PTO)/Terfenol-D压电/压磁异质结为例,利用唯象热力学理论研究了热应力对压电/压磁异质结磁电耦合效应的影响.计算结果表明,铁电薄膜内的热应力强烈依赖于薄膜沉积温度与衬底、薄膜之间热膨胀系数的差异,而热应力又显著影响磁电耦合性能.对于热膨胀系数大于薄膜材料的衬底,如MgO,铁电薄膜内的热应力为压应力,导致压电/压磁异质结的磁电电压系数增强;对于热膨胀系数小于薄膜材料衬底,如c-sapphire,a-sapphire,Si,铁电薄膜内热应力为拉应力,导致压电/压磁异质结的磁电电压系数减小.研究提出了通过改变沉积温度以及选择合适衬底来调控压电/压磁异质结磁电耦合效应的新思路,为工程上增强压电/压磁异质结磁电耦合性能提供了新的途径.     

边界条件对温度梯度铁电薄膜极化和相变性质的影响

在平均场理论的框架下,采用横场伊辛模型研究了两种不同的边界条件(自由边界条件和固定边界条件)对温度梯度铁电薄膜极化和相变性质的影响.由于薄膜内部的温度梯度分布导致了铁电畸变,使得薄膜的弹性热应力增加,引入分布函数来描述不同边界条件下赝自旋相互作用强度的变化.通过研究发现自由边界条件下的薄膜的极化强度和相变温度要高于固定边界条件下的薄膜的相应值,同时薄膜厚度和温度梯度的变化对固定边界条件下的铁电薄膜的影响要更加显著.     

基于热应力的高温超导薄膜界面热阻模型研究

依据基于热应力理论的高温超导薄膜材料界面热阻数学模型,对高温超导薄膜Er-Ba-Cu-O与其基体MgO界面热阻随热应力变化的模型进行参数辨识.应用MATLAB开发工具设计界面热阻仿真软件,对其变化规律进行仿真研究.结果表明:界面热阻实验与仿真温度范围为20~180 K,模型误差小于10%,高温超导薄膜界面热阻随热流增加而减小,仿真结果与实验数据有较好的一致性.     

Si薄膜在预结构基底上生长的动力学蒙特卡罗模拟

通过引入周期性排列波浪形预结构基底,建立了Si薄膜生长的三维动力学Monte Carlo模型.利用该模型在此基底上分别正常沉积和倾斜沉积Si薄膜,研究薄膜在不同沉积条件下的生长过程及其内在的生长规律.通过计算机模拟,论证了在正常沉积条件下薄膜呈均匀生长模式,而在大角度倾斜沉积条件下,薄膜生长呈各向异性非均匀生长模式.     

基底材料对嵌入型Fe_3O_4纳米颗粒的应变场影响

埋嵌型纳米颗粒在生长的过程中会受到周围基质材料对其施加的应力作用,应力的大小不仅会对纳米颗粒的晶格结构和物理性能产生影响,还与纳米颗粒的尺寸大小息息相关.因此,研究埋嵌在不同薄膜材料中的纳米颗粒生长过程中的应变场分布对于调控纳米颗粒的物理性能有着重要的意义.该文利用脉冲激光沉积和快速退火技术成功地制备了分别镶嵌在非晶氧化铝薄膜、非晶氧化镥薄膜和非晶二氧化硅薄膜中的Fe_3O_4纳米颗粒,并利用透射电子显微镜观察这些球形纳米颗粒.为了研究纳米颗粒的尺寸与应力大小之间的关系,采用有限元算法分别模拟仿真了这些纳米颗粒的应变场分布,并对结果进行了系统的分析.研究发现:Fe_3O_4纳米颗粒在不同薄膜材料生长过程中均受到非均匀偏应变作用,而且纳米颗粒的尺寸及应变场分布与纳米颗粒周围基质材料的杨氏模量和泊松比密切相关.在不同基质材料中生长的纳米颗粒所受到的应变场分布也有所不同,这为调控纳米颗粒的晶格结构和形貌以及物理性能提供了一个新思路.     

Pt／Pt（111）薄膜生长的计算机模拟研究

以Pt/Pt(111)薄膜生长为例,建立一个包含更为细致的原子扩散过程的模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究了不同覆盖率,不同温度下（111）面上外延生长早期阶段的原子聚集行为,得到了一系列分形状薄膜的形貌。计算表明,用来描述枝状晶体枝杆平均宽度的原子的平均最近邻配位数随温度的升高而增加,与扫描隧道电镜实验测量的结果一致。同时,还研究了原子沉积过程中沉积速率的大小对薄膜生长的影响。     

薄膜生长与原子尺度的计算机模拟

总结了近年来多篇文献报道的新现象,在传统公认的薄膜生长过程与模式基础上,进行了补充和完善.介绍了计算机模拟薄膜生长的多种模型与方法及其应用特点,包括了分子动力学模型、蒙特卡洛模型、动力学蒙特卡洛模型以及具有发展潜力的量子力学模型.简介了当前国内外计算机模拟薄膜生长的研究现状.     

并 五 苯 晶 体 薄 膜 的 生 长

用物理气相沉积法在水平系统中生长有机半导体并五苯晶体薄膜. 用10～30 mg的源生长出20～30 mm²大小的适合特性测量和器件 制备的晶体薄膜. 利用TEM， SEM和X光透射电镜等仪器对并五苯晶体薄膜进行了测试分析.     

Kinetic Monte Carlo方法对薄膜生长初期表面形貌的研究

用Kinetic Monte Carlo方法研究了薄膜生长初期的表面形貌, 对激活能的计算采用了更加通用、准确的算法, 模型考虑了原子吸附、迁移、脱附、蒸发原子返回基底, 二体运动等多种机理, 根据模型编写了相应的软件, 利用计算机图形学的原理对薄膜的表面形态进行了三维立体成像, 并通过模拟发现, 在低温和高温时薄膜的早期成核和表面形貌完全不同, 薄膜后续的生长与早期成核有很大的关系. 微观机理主要受原子的热运动影响, 温度决定扩散能力, 入射率决定扩散时间.     

金属薄膜在短脉冲激光加热下的温度响应

利用非经典的双相延迟DPL(Dual曲ase lag)热传导方程,采用稳定的有限差分方法求解了金属薄膜在超短脉冲激光辐射作用下的温度响应.探讨了薄膜内温度响应随温度延迟相与热流延迟相的不同而产生的变化趋势,讨论了在微时间和微空间尺度条件下金属薄膜随不同的激光加热以及薄膜厚度而引起的热响应特征.     

基体/介质/金属双层薄膜内应力的研究

采用PECVD法和磁控溅射法在 40Cr钢基片上分别沉积氮化硅薄膜和NiCr合金膜 ,用钠光平面干涉法测量双层薄膜的内应力 ,并具体分析该双层薄膜的内应力与薄膜厚度及系统之间的关系 .     

Thermal conductivity of nanoscale thin nickel films

The inhomogeneous non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) scheme is applied to model phonon heat conduction in thin nickel films. The electronic contribution to the thermal conductivity of the film is deduced from the electrical conductivity through the use of the Wiedemann-Franz law. At the average temperature of T=300 K, which is lower than the Debye temperature ΘD=450 K, the results show that in a film thickness range of about 1?11 nm, the calculated cross-plane thermal conductivity decreases almost linearly with the decreasing film thickness, exhibiting a remarkable reduction compared with the bulk value. The electrical and thermal conductivities are anisotropic in thin nickel films for the thickness under about 10 nm. The phonon mean free path is estimated and the size effect on the thermal conductivity is attributed to the reduction of the phonon mean free path according to the kinetic theory.     

Molecular dynamics study on thermal conductivity of nanoscale thin films

A simple and effective model of heat conduction across thin films is set up and molecular dynamics simulations are implemented to explore the thermal conductivity of nanoscale thin dielectric films in the direction perpendicular to the film plane. Solid argon is selected as the model system due to its reliable experimental data and potential function. Size effects of the thermal conductivity across thin films are found by computer simulations: in a film thickness range of 2–10 nm, the conductivity values are remarkably lower than the corresponding bulk experimental data and increase as the thickness increases. The consistency between the approximate solution of the phonon Boltzmann transport equation and the simulation results ascribes the thermal conductivity size effect to the phonon scattering at film boundaries.     

NiTi形状记忆合金薄膜的残余应力

采用X射线掠射法和轮廓法,测量了单日Si基板上用磁控溅射法制备的NiTi形状记忆合金薄膜的残余应力,分析了其与薄膜厚度以及晶化处理温度等工艺条件的关系。结果表明：该薄膜中的残余应力主要来源于薄膜同基板材料的膨胀系数和晶格参数不匹配;薄膜厚度越大,残余应力越小;晶化处理温度对因热胀系数差异带来的热拉应力因马氏体相变而致的相变压应力均有不同程度的影响。     

SED平板显示薄膜电极的工艺研究

表面传导电子显示（SED）的关键部分是下基板（即阴极板）的制作,而阴极板上薄膜电极的质量直接影响了阴极电子发射的性能。本文研究了采用剥离技术来制备SED平板显示器阴极板上薄膜电极的工艺,实验表明,利用剥离工艺所镀制的铬铜铬金属薄膜厚度为123.93nm,电极条的平均阻值为12.26Ω,通过显微镜放大1000倍可以看到电极裂缝宽度为10μm,阵列精细整齐,无翘边、连线情况出现,并且附着力、热稳定性和厚度性能也达到了后续工艺的要求。     

梯度过渡层对TiC薄膜中残余应力影响的研究

用平行光束掠射法（ＧＩＸＤ）测定了磁控溅射ＴｉＣ（Ａｌ基体）膜中的残余应力，比较了不同厚度的梯度过渡层对残余应力的影响。     

高聚物薄膜在旋节去湿中的动力学稳定性

当高聚物薄膜以旋节类的方法从基底上去湿时,它的不稳定性由色散力和局部热应力控制,实验仿真结果表明：薄膜和基底之间存在相互作用时,热应力在薄膜不稳定的过程中起着很大的作用,弱滑移和强滑移条件下,模式波长随着薄膜的增厚而增大.     

薄膜厚度对1-3型BaTiO3-CoFe2O4多重铁性薄膜相变温度的影响

基于热动力学理论,通过对演化方程的线性稳定分析,确定了1-3型BaTiO3-CoFe2O4(BTO-CFO)多重铁性复合材料中的铁电、铁磁相变温度.考虑系统中基底与薄膜之间及薄膜内铁电相、铁磁相之间的内应力和外应力的弹性耦合,确立了顺电到铁电/铁磁地相变临界温度地解析式.临界温度与两相体积分数、基底、薄膜的晶格尺寸、薄膜两相的材料性能及薄膜厚度都有很大关系.两相的相变临界温度可以通过调节体积分数及薄膜厚度进行控制.