应变对铁酸铋外延薄膜结构和压电性能的调控

在掺铌钛酸锶单晶衬底上,用脉冲激光沉积法制备不同厚度的铁酸铋外延薄膜,获得不同应变状态的铁酸铋薄膜,研究应变对薄膜结构和压电性能的影响.X线衍射结果显示铁酸铋薄膜沿衬底外延生长,并且随着厚度的增加,晶格弛豫,面外应变由2.778%减小到2.045%,铁酸铋薄膜也从完全应变过渡到应变部分释放.压电力显微镜测试显示,不同应变状态的铁酸铋薄膜都具有良好的压电响应,压电系数d33随应变的减小也相应地由259 pm/V减小到136 pm/V.     

图形化Si基Ge薄膜热应变的有限元分析

利用有限元方法模拟了图形化Si衬底上外延Ge薄膜的热失配应变,研究了薄膜内部以及表面的应变分布情况,分析了应变与薄膜厚度、衬底尺寸的变化关系.结果表明,热失配应变在异质结构的界面处最大,沿外延层生长方向递减;在薄膜表面,中心区域应变最大,由中心到边缘逐渐减小,边缘发生突变,急剧减小;不同的膜厚下,薄膜表面应变分布规律相同,并且薄膜越厚,应变越小;图形衬底单元的尺寸对薄膜应变有较大的影响,当衬底厚度在6μm以内,宽度在10μm以内时,更有利于薄膜应变的释放.     

用激光分子束外延在Si衬底上外延生长La1-xSrxMnO3单晶薄膜

采用SrO和SrTiO3作为缓冲层, 用激光分子束外延在Si (100)衬底上成功地外延生长出La_1-xSr_xMnO₃ (x=0.1, 0.2, 0.3) (LSMO)单晶薄膜. 锐而清晰的反射式高能电子衍射仪 (RHEED)的衍射条纹和持久的RHEED强度振荡, 表明LSMO薄膜是很好的二维层状外延生长. X射线衍射和高分辨透射电镜分析结果证明, 在Si基底上获得了很好外延生长的LSMO薄膜, LSMO薄膜为C取向的单晶薄膜. 并在室温条件下观测到很好的LSMO/Si p-n结I-V整流特性.     

电晕极化偶氮化合物薄膜倍频弛豫特性研究

把主体材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和客体偶氮化合物,用溶胶-凝胶法制成溶胶,旋涂成膜,测量了其紫外-可见吸收光谱和厚度.用电晕极化的方法对薄膜进行极化,然后实时监测了不同温度和不同厚度下薄膜的二次谐波产生(SHG)强度随时间退极化的特性.利用双指数函数拟合其驰豫曲线,结果表明,对于厚度相同的偶氮薄膜,随温度的升高其平均驰豫时间变短;而相同温度下不同厚度的薄膜,平均弛豫时间随厚度增加而增加.     

SrTiO_3薄膜的掠入射X射线衍射研究

采用掠入射X射线衍射技术研究了外延SrTiO3薄膜面内晶格应变随着深度的分布.研究发现不管是较薄的还是较厚的薄膜其面内晶格应变随深度的分布都不是连续变化的,而是可以分为三个区域,即表面区、应变驰豫区、界面区.     

外延生长的SrTiO_3/DyScO_3薄膜的微结构研究

利用激光分子束外延技术在DyScO3(DSO)衬底上异质外延生长了SrTiO3(STO)薄膜.采用原位X射线衍射方法在20~300 K范围内测量了低温下薄膜的热膨胀系数;讨论了应变与晶格失配之间的关系.薄膜的晶格参数在80 K的异常变化可能预示着结构相变的存在.高分辨X射线衍射用来分析样品中存在的两种位错:剪切位错和螺旋位错.结果显示,总的螺旋位错密度要比剪切位错密度大得多.我们认为螺旋位错是样品生长过程中的主要缺陷;剪切位错密度随着样品厚度的增加而增加.这两种位错密度之间的比例关系决定了薄膜的生长模式.     

利用同步辐射XRD研究BiFeO3 外延多铁薄膜的微结构

使用脉冲激光沉积在SrTiO₃ 衬底上生长了不同厚度的BiFeO₃(BFO)薄膜, X 射线衍射分析表明薄膜是BFO 外延薄膜. X 射线反射率测量发现BFO 薄膜密度随着厚度的增加而增加, 同时薄膜表面存在厚度为数纳米的非设计覆盖层. 随着厚度的增加, BFO 薄膜由完全应变过渡到应变部分弛豫状态, 同时BFO 从四方相转变为单斜相.     

用于薄膜外延生长的单晶基片RHEED研究

利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)对微电子技术常用的Si,SrTiO3单晶基片进行了表面结构分析.研究了硅基片的不同清洗工艺对衍射图样的影响,发现衬底的处理工艺非常重要.借助于反射式高能电子的衍射图样和理论分析,计算出与理论值相近的SrTiO3基片晶格常数.结果表明,高能电子衍射仪可以被用于计算生长在基片上的外延薄膜面内晶格常数.     

电晕极化偶氮化合物薄膜倍频弛豫特性研究

把主体材料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和客体偶氮化合物,用溶胶-凝胶法制成溶胶,旋涂成膜,测量了其紫外-可见吸收光谱和厚度。用电晕极化的方法对薄膜进行极化,然后实时监测了不同温度和不同厚度下薄膜的二次谐波产生（SHG）强度随时间退极化的特性。利用双指数函数拟合其驰豫曲线,结果表明,对于厚度相同的偶氮薄膜,随温度的升高其平均驰豫时间变短;而相同温度下不同厚度的薄膜,平均弛豫时间随厚度增加而增加。     

衬底表面生长Pb膜的量子尺寸效应及驰豫结构研究

项目主要研究在半导体和金属衬底上生长Pb薄膜时的量子尺寸效应,即纳米量级的厚度对薄膜生长规律的影响,进而探讨量子尺寸效应对驰豫结构的影响.这是当前凝聚态物理中两个重要方向———量子尺寸效应和薄膜驰豫结构的交叉点.到目前为止,还没有发现有人开展这样的工作.因此,该项目的研究必将会对凝聚态物理的发展产生一定的影响.     

Tuning the magnetic anisotropy in LSMO manganite films through non-magnetic nanoparticles

We report the observation of anomalous magnetic anisotropy driven by nonmagnetic ZrO2 nanoparticles in epitaxial La2/3Sr1/3MnO (LSMO) films grown on LaAlO3 (LAO) substrates. The compressive epitaxial strain imposed by the lattice mismatch of substrate and film is tuned by the density of ZrO2 nanoparticles embedded in the film matrix and affects the magnetic anisotropy as well as the magnetotransport properties. Epitaxial 54 nm thick LSMO thin films with different concentrations of ZrO2 nanoparticles demonstrate anisotropic hysteresis loops concomitant with anisotropic magnetotresistance behavior. The biaxial epitaxial strain, induced by the substrate/film lattice parameter mismatch is partially relaxed by increasing the density of precipitates and they serve as a tuning parameter for the strain state. We interpret our results by a strain-induced interplay of impurity scattering, weak localization and magnetic domain structure.     

外延生长在GaAs(001)表面的磁性薄膜

采用多种实验技术研究外延生长在GaAs(001)表面的Mn,Co和FeMn合金等磁性金属薄膜，研究结果表明外延生长的磁性薄膜的晶体结构和磁学性质与体材料相比有明显的判别，在一些情况下，外延薄膜和衬底之间的界面结构对于磁性薄膜的晶体结构和磁学性质起着决定性的作用。     

MnBi合金生长及其磁学性能研究

利用外延技术外延生长了MnBi合金,研究了不同的生长温度和不同的衬底对外延膜的生长的影响。发现控制Mn、Bi源的温度对生长的外延薄膜的结构和性能有很大的影响,同时还发现外延在不同的衬底上对制备MnBi合金有较大影响。这表明外延薄膜与衬底之间的依赖性。同时还研究了MgO衬底上外延薄膜的磁学性能,其表现出了室温铁磁性。     

化学溶液沉积Bi2Sr2Co2O8热电薄膜及其激光诱导电压效应研究

利用化学溶液沉积技术在LaAlO3（001）单晶基片上外延生长了Bi2Sr2Co2O8热电薄膜并对其激光诱导电压效应进行了研究．热电性能测试表明该外延薄膜的室温电阻率和塞贝克系数均可以和优质单晶样品相比拟．此外,实验发现当用308nm,532nm,1064nm及10．6gm的激光辐照生长在斜切LaAlO3上的Bi2Sr2Co2O8外延薄膜表面时,可以在薄膜中观测到很强的横向开路电压信号．分析认为当入射激光光子能量（308,532和1064nm激光输出）大于Bi2Sr2Co2O8禁带宽度时,在Bi2Sr2Co2O8外延薄膜中观测到的激光诱导横向开路电压信号源于该薄膜热电效应和光电效应的综合贡献;而当入射激光光子能量（10．6μm激光输出）小于Bi2Sr2Co208禁带宽度时,在Bi2Sr2Co2O8外延薄膜中观测到的激光诱导横向开路电压信号主要源于薄膜的热电效应．以上结果表明Bi2Sr2Co2O8热电薄膜不仅在热电器件领域而且在宽波段激光光探测器领域都具有潜在的应用前景．     

TiN/Si3N4界面结构对Ti-Si-N纳米晶复合膜力学性能的影响

采用多层膜模拟的方法研究了Ti-Si-N纳米晶复合膜中Si3N4界面相的存在方式,以探讨纳米晶复合膜的超硬机制。研究结果表明：Si3N4层厚对TiN／Si3N4多层膜的微结构和力学性能有重要影响。当Si3N4层厚小于0．7nm时,因TiN晶体的“模板效应”,原为非晶态的Si3N4晶化,并反过来促进TiN的晶体生长,从而使多层膜呈现TiN层和Si3N4层择优取向的共格外延生长。相应地,多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应,最高硬度和弹性模量分别为34．0GPa和352GPa．当层厚大于1．3nm后,Si3N4呈现非晶态,多层膜中TiN晶体的生长受到Si3N4非晶层的阻碍而形成纳米晶,薄膜的硬度和弹性模量亦随之下降。由此可得,Ti-Si-N纳米晶复合膜的强化与多层膜中2层不同模量调制层共格外延生长产生的超硬效应相同。     

蓝宝石衬底上酞菁铜薄膜的生长及相变研究

 采用真空蒸发沉积方法在Al₂O₃衬底上生长CuPc薄膜,用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见光分光光度计多种测试手段表征薄膜的结构,研究不同沉积速率、不同膜厚和衬底温度对CuPc薄膜结构的影响.研究结果表明：CuPc薄膜的晶粒尺寸随沉积速率的增大而减小,薄膜越厚,结晶度越高,CuPc薄膜退火温度约为250℃时发生相变,由原来的亚稳态α-CuPc晶型结构转变为稳定的β-CuPc晶型结构.
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Growth of Ge Layer on Relaxed Ge-Rich SiGe by Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition

The paper describes the growth of a germanium (Ge) film on a thin relaxed Ge-rich SiGe buffer. The thin Ge-rich SiGe buffer layer was achieved through a combination of ultrahigh vacuum chemical vapor deposition (UHVCVD) SiGe epitaxial growth and SiGe oxidation. A lower Ge content strained SiGe layer was first grown on the Si (001) substrate and then the Ge mole fraction was increased by oxidation. After removal of the surface oxide, a higher Ge content SiGe layer was grown and oxidized again. The Ge mole fraction was increased to 0.8 in the 50 nm thick SiGe layer. Finally a 150 nm thick pure Ge film was grown on the SiGe buffer layer using the UHVCVD system. This technique produces a much thinner buffer than the conventional compositionally graded relaxed SiGe method with the same order of magnitude threading dis- location density.     

Co-W磁性薄膜应变对其有效磁晶各向异性能的影响

利用磁控溅射在250℃的MgO(220)单晶基片上先后沉积Cr(100 nm)下底层和不同厚度(9~80 nm)的Co-11%W(原子分数)磁性层,二者取向附生生长关系为Cr(112)[111]∥Co-W(1010)[1210]和Cr(112)[110]∥Co-W(1010)[0001].随着膜厚的增加,Co-W在薄膜面内的压应变(ε0)从0.781 3%减小到0.544 5%,相应地其有效磁晶各向异性能一级常数Ke1ff由3.82×106减小到2.58×106erg/cc.该结果表明通过设计磁性层和下底层之...