在SiO2衬底上生长多晶Ge薄膜的结晶机制研究

在低温条件下生长的多晶Ge薄膜在光伏器件和电子器件领域具有非常广泛的应用。在实验研究中,利用Al诱导结晶的生长方法在200℃的低温条件下,在SiO_2衬底上生长出结晶质量很好的多晶Ge薄膜。实验中,特意在Al薄膜和非晶Ge薄膜之间生长了一层很薄的GeO_x扩散控制层。研究发现,在Al/a-Ge双层薄膜样品中,当Al薄膜与非晶Ge薄膜完成层交换后,生长出的多晶Ge薄膜的晶向得到了有效控制。在非晶Ge薄膜转变为多晶Ge薄膜的结晶过程中,通过进一步控制Ge晶颗粒的成核位置和密度以及二维生长的速率就可以制备出微米量级大小的Ge晶颗粒和(111)晶向较好的多晶Ge薄膜。     

基于Al诱导结晶在SiO_2衬底上生长(111)晶向平面多晶Ge薄膜的研究

主要研究在SiO_2衬底上利用Al诱导结晶方法生长50 nm厚的多晶Ge薄膜的过程。研究的重点主要集中在对多晶Ge薄膜进行适当的低温退火处理以及Ge和Al薄膜之间的扩散控制层精准厚度的把握上。当把退火温度控制在325℃、AlO_x扩散控制层的厚度精准到1 nm时,就可以获得多晶Ge薄膜的(111)晶向平面所占的比例超过90%。此外,通过电子背散射衍射(EBSD)测量可以证实,利用该方法生长的多晶Ge薄膜的晶体颗粒的直径有12μm之大。研究结果说明利用Al诱导结晶方法在SiO_2衬底上生长的多晶Ge薄膜,如果将其用于制作电学和光学器件的模板层,将在半导体器件工艺上具有非常好的应用前景。     

羰基钼化学气相沉积成膜机制及相关因素研究

利用金属有机气相沉积 (MOCVD)方法 ,在经过预沉积和表面研磨处理的Al2 O3 陶瓷基片上制备多晶钼膜 .通过该薄膜的表面形态及其结构的观察分析 ,讨论了该薄膜的形成机制 .结果表明 ,基片的表面形态是影响薄膜生长成核机理的重要因素 ,基底表面的状态设计是提高成核密度 ,获取优质薄膜的有效方法     

对向靶溅射法成核机理的研究

本文研究了对向靶溅射薄膜的成核机理。给出了在薄膜的生长初期基板上的岛密度随生长条件(如沉积时间、基板温度)的变化。提出了溅射成膜的成核和生长动力学的简单模型,并用此模型对实验结果进行了处理。     

加苯甲酸类成核剂的等规聚丙烯结晶动力学的研究

用膨胀计法和偏光显微镜法研究了加入苯甲酸类成核剂的等规聚丙烯结晶动力学.结果表明,成核剂的加入使聚丙烯成核密度增加而提高结晶速率,但对球晶生长速率影响微小.根据结晶理论,从结晶速率和球晶生长速率数据推算了成核界面能差参数Δσ值;成核剂的Δσ越小,其成核活性越大.     

计算机模拟在薄膜外延生长中的应用

计算机模拟是计算机技术的一个重要应用领域,具有高效、快捷、经济等多种特点.以Cu膜为例用Monte Carlo算法模拟了薄膜生长的随机过程,并提出了更加完善的模型.在合理选择原子间相互作用计算方法的基础上,考虑了原子的吸附、在生长表面的迁移及迁移所引起的近邻原子连带效应、从生长表面的脱附等过程.利用自行编写的4个软件模拟计算了薄膜的早期成核情况以及表征薄膜生长表面状况的粗糙度和表征薄膜内部晶格完整性的相对密度.结果表明,随着衬底温度的升高或入射率的降低,沉积在衬底上的原子逐步由众多各自独立的离散型分布向聚集状态过渡形成一些岛核,并且逐步由二维岛核向三维岛核过渡.在一定的原子入射率下,存在3个优化温度,成核率最高时的最大成核温度Tn,薄膜的表面粗糙度最低时的生长转变温度Tr,相对密度趋近于1时的相对密度饱和温度Td.三者均随入射率的对数形式近似线性增大,并且基本重合.这说明在一定入射率下这3个优化温度近似相等.这一现象的原因在于三者的形成机理都是基于原子的热运动.这一结论使探索工艺条件时不仅可以采用计算机模拟的方法,而且可以从早期最大成核条件预计沉积较厚薄膜的最佳生长工艺.同时发现,随着入射率的增大,相对密度不断减小.可是在不同温度区域入射率对早期成核率和表面粗糙度的影响不同.当温度较低时,随着入射率的增大,最大成核率基本不变,表面粗糙度不断增大;当温度较高时,随着入射率的增大,最大成核率不断增大,但表面粗糙度不断减小.     

磁控溅射生长AlN钝化层的研究

测得AlN和Si3N4介质钝化后的AlGaN/GaN异质结的高频C-V（电容-电压）曲线,由此计算钝化层与AlGaN势垒层界面电荷面密度,发现AlN钝化层与势垒层界面的电荷面密度较Si3N4更大,同时AlN钝化层薄膜含有的可移动离子数目更多.根据I-V（电流-电压）曲线讨论了用磁控溅射技术生长的AlN钝化薄膜质量,发现AlN薄膜绝缘性不够好,可能是在室温磁控溅射生长过程中从靶材溅射出的Al原子未能与N2充分反应,导致沉积的AlN薄膜不够致密,含有的电子隧穿通道多.因此可改善反应条件以提高AlN薄膜质量.     

表面剂诱导外延中二维岛形状和密度随沉积率的演变

使用一个动力学模型模拟研究表面剂诱导外延中二维岛的构型．在模型中,岛的形核和生长由增原子和表 面剂原子之间的交换过程控制．岛边缘交换垒依赖于表面剂台面上和表面剂层下最近邻原子数．模拟的岛形状和岛 密度随沉积率的演变能定性地解释近期的实验观察结果．     

双相纳米结构CuZr合金力学行为的模拟研究

采用分子动力学方法研究了在拉伸载荷作用下,晶粒尺寸对纳米多晶Cu和双相纳米结构CuZr复合材料塑性变形机制的影响.研究结果表明,小晶粒尺寸的纳米多晶Cu的变形机制以晶粒旋转以及晶界迁移为主,并伴随着少量位错的成核与滑移.晶粒尺寸较大的纳米多晶Cu的塑性变形机制则以裂纹的成核与生长为主.对于双相纳米结构Cu/CuZr复合材料,非晶相的塑性变形在复合材料的塑性变形过程中起主导作用,且这种现象与晶粒尺寸无关.此外,当晶粒尺寸增加到一定尺寸时,复合材料的晶界处也出现了晶界裂纹,但非晶相明显延缓和阻碍了裂纹的成核与扩展.研究表明非晶相的引入能有效提升纳米多晶Cu的塑性.     

绝缘衬底上a-Si∶H膜CW Ar~ 激光结晶

本文用连续氩离子激光对辉光放电法淀积在二氧化硅层上的氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜进行辐照扫描,使a-Si∶H膜结晶。利用金相显微术和透射电子显微术对結晶薄膜的形貌和結构进行了研究,并用等离子刻蚀技术确定结晶度。激光加工时衬底溫度为240℃,扫描速度为2cm/s,束斑直径大约40μm,交叠50％。经功率为4W激光辐照后,样品表面平整光亮,部分区域巴结晶成多晶,相邻的二次扫描的相间区由于溫度低于结晶溫度,仍为非晶态且易被腐蚀掉。激光功率增至6W和7W时,部分区域受损伤成为非晶、微晶和多晶混合体,而相间区已结晶成多晶。适当选择衬底溫度、激光功率和扫描适度可望获得良好的結晶,它对SOI器件的制作是有意义的。     

不同镀膜温度下离子镀TiN与Cr/Cu接触界面形成与表面特性

使用多弧离子镀在铜基镀Cr的衬底上制备TiN薄膜，借助表面分析技术研究了不同温度下离子镀TiN与Cr/Cu接触的界面与表面性质。通过SEM、TEM观测表面形貌，微结构随温度变化；用AES和XPS测量接触界面成分随温度的变化。结果表明，在90℃下，表面TiN薄膜欠均匀，界面较清晰可辨；随着温度的升高，表面微结晶性能有所改善，在170℃时可见局部球聚隆起，出现粗细不同的类枝状结晶结构，此时TiN与Cr/Cu界面层增厚，形成较为稳定的Tr-Cr金属间化合物。TiN薄膜在金属衬底上的生长行为与衬底表面的原子结构、晶向，以及TiN与金属间的电荷转移和键合状况有关，适当的衬底温度（120℃）可以改变TiN形貌，改善其机械性能。     

TiN缓冲层厚度对立方AlN薄膜显微组织结构的影响

为了提高亚稳立方Al N薄膜的外延质量,采用激光分子束外延法,以Ti N为缓冲层在Si(100)衬底上制备立方Al N薄膜,主要研究了Ti N缓冲层厚度对立方Al N薄膜结晶质量和表面形貌的影响。结果表明,以Ti N为缓冲层可制备出高取向度的立方Al N薄膜,当缓冲层沉积时间为30 min时,立方Al N薄膜的结晶质量最好,表面最平整。     

碳纤维表面阴离子接枝尼龙6对尼龙6等温结晶动力学的影响

利用差示扫描量热仪（DSC）研究了碳纤维（CF）表面阴离子接枝尼龙6（PA6）对CF／PA6复合材料中PA6的等温结晶动力学的影响。结果表明：PA6的等温结晶过程主要为成核作用控制；未接枝的CF对PA6结晶起异相成核作用，提高了PA6的结晶速率；表面阴离子接枝尼龙6的CF对PA6结晶仍起异相成核作用，但由于复合材料的界面相互作用提高，同时又会阻碍PA6分子链的迁移运动，导致表面阴离子接枝PA6的CF／PA6复合材料中PA6组分的结晶速度虽比纯PA6大，但比未接枝PA6的CF／尼龙6复合材料小，且结晶度也有所下降。     

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.     

ZnO压电薄膜的生长与应用

本文实验研究了ZnO压电薄膜的生长与表征,运用XRD和SEM测试了磁控溅射生长的ZnO压电薄膜的C轴择优取向生长情况和晶粒质量,比较了Si、覆盖在Si基底上的Al薄膜和SixNy薄膜三种材料衬底以及退火处理对ZnO薄膜的结晶质量的影响。还开发了仍然采用Al作为底电极但用一层SixNy薄膜与ZnO层隔离的MEMS压电器件的微制造工艺,以满足生长高质量的ZnO压电薄膜并与CMOS工艺兼容的要求。     

非晶Co/Ge多层膜的磁性和电性能

采用射频溅射的方法制备了[Cox/Ge10-x](x=0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5,2.5nm)非晶多层薄膜,X射线衍射仪(XRD)显示样品中不存在第二相.随着Co层厚度增加,室温下薄膜磁性由抗磁性转变为铁磁性.制备态的[Co2.5/Ge7.5]的饱和磁化强度Ms可达8.3×104 A/m.霍尔效应测试表明样品均为P型半导体,载流子浓度约为1023~1025 m-3.薄膜的低温电阻导电机理属于磁性半导体材料的自旋依赖电子变程跃迁机制,实验结果表明,Co/Ge体系有作为新型自旋电子学器件材料的可能.     

退火对非晶Al2O3高k栅介质薄膜特性的影响

利用射频反应溅射方法制备了Al2O3非晶薄膜,用椭圆偏振仪获得了薄膜的厚度,用高频C-V和变频C-V及J-V测量了薄膜的电学特性,用X射线以衍射(XRD)检测了薄膜的结构,用原子力显微镜(AFM)观察了薄膜的表面形貌.实验得到了电学特性优异的薄膜样品,对薄膜的退火研究发现,氮气低温退火使Al2O3薄膜的介电常数得到了提高并使漏电流特性得到了改善.可以认为,氮气退火消除了薄膜中原有的缺陷,并使得薄膜更加致密是主要的原因,而过高温度的退火会导致氧化铝中少量的氧的损失,从而导致了氧化铝层中固定电荷密度的增大,进而出现了大的平带电压.XRD显示样品的非晶特性非常稳定,AFM显示薄膜表面非常平整,能够满足大规模集成电路短期的发展需要.     

采用低温缓冲层技术在Si衬底上外延生长Ge薄膜

利用超高真空化学气相淀积系统,在Si(100)衬底上外延采用低温缓冲层技术外延生长Ge薄膜。实验测试得到外延Ge的X射线双晶衍射曲线半高宽为537arc sec,应变为0.2%。在室温下观测到外延Ge的直接带跃迁光致发光,发光峰位为1560 nm,表明生长的Si基Ge材料具有良好的质量。     

Al—Ge共蒸膜晶化现象的TEM研究

本文对三种不同Al原子百分比的Al—Ge共蒸膜进行了透射电镜观察研究,实验表明:a—Ge的晶化行为敏感地依赖于共蒸膜中Al原子百分比及退火温度,分形结构的出现是由于温度场控制的随机逐次成核机制作用的结果。     

Ge基GaInP材料结构和光学性质研究

采用高分辨透射电子显微图像(HRTEM)、光致发光谱(PL)和原子力显微镜(AFM)技术等研究了金属有机化学气相沉积(MOVPE)技术制备的Ge基Ga In P异质外延层的结构和光学性质.研究表明,Ga In P带边发光峰能量位置随温度变化的倒"S"型变化来源于局域态和本征态发光之间的竞争;同时,实验中观察到了由[Ge(Ga,In)-V(Ga,In)]络合物所引起的1.4 e V左右的宽发光峰.不同偏角衬底的Ga In P外延层的变温PL谱和AFM分析表明,9°偏角的Ge衬底上生长的Ga In P外延层的有序度比6°偏角时减小,表面形貌更为平整.此外,Ge衬底和Ga In P之间插入超薄Al As层会增加Ga In P材料的有序度.当Al As界面层厚度由0.5 nm增加到5 nm时,观察到了由于应力增加所导致的Ga In P材料有序度的增加,从而导致载流子弛豫时间增加且呈双指数规律衰减.在Ge/Al As/Ga In P结构中,100 K下的PL谱中出现了与P空位相关的1.57 e V左右宽发光峰,并且该发光峰强度随Al As界面层厚度的增加而增强.