脉冲激光沉积(PLD)机理分析及其应用

脉冲激光沉积薄膜是近年来发展起来的使用范围最广,最有希望的制膜技术．该文阐述了脉冲激光沉积技术的机理、特点,薄膜生长主要包括三个过程：1)激光与物质相互作用产生等离子体;2)等离子体向基片扩散;3)等离子体中粒子在基片上生长薄膜．文章还分析了脉冲沉积过程中各主要沉积参数,如激光能量密度、沉积气压和衬底情况等对薄膜质量的影响,并介绍了其在制备半导体、高温超导、类金刚石、生物陶瓷薄膜等方面的应用。     

脉冲激光沉积GaN薄膜

采用脉冲激光沉积技术,在Al2O3（0001）衬底上生长GaN薄膜,利用X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）研究了不同沉积温度,不同沉积压强对所生长的GaN薄膜晶体结构特征的影响.研究表明,沉积温度影响GaN薄膜结构,在700～750℃沉积范围内随温度升高,所沉积生长的GaN薄膜具有良好的结晶质量.在5～10Pa沉积气压范围内,提高气压有利提高GaN薄膜的结晶质量.     

脉冲激光沉积法生长的石英基ZnO薄膜特性

以石英为衬底,采用脉冲激光沉积法在多种衬底温度下生长ZnO薄膜。通过对石英基ZnO薄膜X射线衍射(XRD)和分光光度计的测量,分析了薄膜的多种结构和光学参数,研究了衬底温度对薄膜的结晶质量和光学性质的影响。XRD结果显示,衬底温度为500℃时得到结晶质量最佳的ZnO薄膜。分光光度计得到的透射图谱及其微分图谱表明,ZnO薄膜的禁带宽度随衬底温度的升高而减小。     

高质量外延VO_2薄膜制备及其金属-绝缘体相变特性研究

采用脉冲激光沉积法,在c面蓝宝石衬底上,以VO_2陶瓷作为烧蚀靶材,高纯氧气作为反应气体,固定衬底温度600℃,通过改变生长氧压制备VO_2薄膜.利用X线衍射仪、原子力显微镜、四探针测试仪测试,系统研究生长氧压对VO_2薄膜晶体结构、表面形貌、金属-绝缘体相变(MIT)特性的影响.实验结果表明:生长氧压1.2 Pa时,薄膜(020)晶面摇摆曲线半高宽低至0.061°,结晶质量高;薄膜表面平整光滑;薄膜相变温度接近68℃,金属-绝缘体转变特性显著,电阻率有4个数量级变化.     

脉冲激光镀膜工艺制备BiFeO3-CoFe2O4多铁性复合薄膜

采用脉冲激光镀膜（PLD）工艺,在Pt（111）/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了柱状结构0.7BiFeO₃-0.3CoFe₂O₄（BFO-CFO）多铁性复合薄膜.在薄膜的沉积过程中,通过自组装生长实现钙钛矿结构BiFeO3和尖晶石结构CoFe₂O₄相的形成以及两相分离.探索了BFO-CFO复合薄膜的生长条件和机制,研究了薄膜厚度对BFO-CFO复合薄膜结构和性能的影响.     

应变SrTiO_3/GaAs异质结的整流特性研究

采用脉冲激光沉积法在P型GaAs基片上制备了缺氧的钛SrTiO3薄膜.X射线衍射测量证明SrTiO3薄膜外延生长.I-V曲线测量显示很好的整流性,说明该SrTiO3薄膜与GaAs形成p-n结.该结的电输运机制为应变导致的隧穿电流,且其电输运性质不受光照影响.     

应力对La_(0.8)Ca_(0.2)MnO_3薄膜电输运性能的调控研究

采用脉冲激光沉积技术,在LaAlO3和0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3两种单晶基片上外延生长了La0.8Ca0.2MnO3薄膜.X射线衍射分析表明两种薄膜皆为单取向生长,且面内分别受到压应力和张应力作用.晶格失配造成的应力对薄膜的电阻和金属-绝缘相转变温度Tp影响很大.对LCMO/PMN-PT施加外电场,从而调节薄膜所受应力也可以调制其电阻和Tp.     

作为高介电常数栅介质材料的LaErO_3薄膜热稳定性和电学性质的研究

采用脉冲激光淀积法在硅衬底上生长了LaErO3薄膜,用X射线衍射仪、X射线电子能谱仪、高分辨透射电子显微镜研究了该薄膜的热学和电学性质.通过电容-电压测量得到了较好的电容-电压曲线,计算得出等效SiO2厚度为1.4nm.通过高分辨电镜可以看出即使经过700℃30sN2中快速热退火处理LaErO3薄膜与硅衬底之间的反应层也仅有几个原子层的厚度.X射线电子能谱分析得到非常少量的SiO2在沉积的过程中形成.测量的热学和电学性质表明LaErO3薄膜是高介电常数栅介质材料非常有前途的候选材料.     

PED沉积Nd1.85Ce0.15CuO4薄膜过程中影响超导电性因素分析

采用脉冲电子束沉积技术, 在SrTiO₃衬底上成功制备了高质量的Nd_1.85Ce_0.15CuO₄(NCCO)薄膜. 通过改变薄膜的沉积温度、厚度、退火条件以及沉积频率, 获得了具有不同生长条件的NCCO薄膜样品. 对样品R-T曲线进行分析, 得到了上述因素对薄膜超导电性的影响规律, 并进一步说明了这些因素对薄膜的超导电性造成影响的原因. 通过与脉冲激光沉积技术类比, 定量分析了沉积过程中靶与基片距离同沉积气压之间的关系.     

用PLD法在MgO(100)衬底上生长ZnO薄膜的结构和光学特性

用脉冲激光沉积法在MgO(100)衬底上沉积了ZnO薄膜.衬底温度分别为400℃、550℃和700℃.利用X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构和光学性能进行研究.X射线衍射的结果表明,在400℃和550℃下生长的ZnO薄膜具有高度c-轴择优取向,但是当衬底温度升高到700℃时,薄膜由单一的择优取向变为有两个较强的择优取向.通过光致发光谱可以发现,在550℃下生长的ZnO薄膜具有强的紫外发射和窄的FWHM,并且紫外发光峰的强度与ZnO薄膜的结晶质量密切相关.     

薄膜生长初期能量参数影响研究

用Monte Carlo模型模拟了亚单层薄膜在四方形基底上的生长过程.研究了在薄膜生长初期岛的形貌与周围原子作用之间的关系,及扩散原子周围不同位置处原子的势能参数对薄膜生长的影响.计算结果表明,扩散过程中,吸附原子受最近邻位置处原子作用的势能变化影响较大,而受次近邻位置处原子作用的势能变化影响较小;降低扩散原子最近邻位置处的能量参数,相当于升高了基底的温度.     

实验参数对热丝CVD人造金刚石膜生长的影响

在热丝CVD法生长金刚石膜的实验中,实验参数（包括灯丝温度、衬底温度、气体的碳氢比等等）对金刚石膜的生长起到了关键性的作用,它们的数值与金刚石膜的生长速率快慢与生长质量的高低密切相关。而且实验参数相互之间也有着密切的联系。     

CVD金刚石膜{100}取向生长的原子尺度仿真

运用动力学蒙特卡洛(KMC)方法从原子尺度对CVD金刚石膜{100}取向在3种不同化学反应模型下的生长进行了仿真.结果表明:(1)以CH3为主要生长组元的生长机制比较适合于{100}取向金刚石膜的生长;(2) 对金刚石{100}取向而言,含有双碳基团的模型沉积速度并不比含有单碳基团的模型沉积速度大;(3)在高的生长速率下仍有可能获得表面粗糙度较小的金刚石膜;(4)对Harris模型的仿真结果与其本人的预测结果一致,并与实验结果符合良好.     

Atomic scale KMC simulation of {100} oriented CVD diamond film growth under low substrate temperature—Part Ⅰ Simulation of CVD diamond film growth under Joe-Badgwell-Hauge model

The growth of {100} oriented CVD (Chemical Vapor Deposition)diamond film under Joe-Badgwell-Hauge (J-B-H) model is simulated at atomic scale by using revised KMC (Kinetic Monte Carlo) method. The results show that: (1) under Joe's model, the growth mechanism from single carbon species is suitable for the growth of {100} oriented CVD diamond film in low temperature; (2) the deposition rate and surface roughness () under Joe's model are influenced intensively by temperature ()and not evident bymass fraction of atom chlorine; (3)the surface roughness increases with the deposition rate, i.e. the film quality becomes worse with elevated temperature, in agreement with Grujicic's prediction; (4) the simulation results cannot make sure the role of single carbon insertion.     

田间灰霾模拟实验的塑料膜光学特征分析

通过在大田利用塑料膜进行遮阴实验,可发现灰霾对农作物生长发育及产量的影响。研究对选取进行模拟灰霾实验用的塑料膜的光学特性进行分析;并通过长期观测得到的太阳辐射值与大气气溶胶光化学厚度(AOD)建立关系,得到所选塑料膜代表的灰霾水平。结果表明实验选取的3层12丝的PE塑料膜进行遮阴,使太阳总辐射下降30%,散射辐射增加20%,太阳辐射可见光波段的强度占太阳总辐射强度的比例不变及遮阴后的太阳辐射仍具有灰霾天的太阳辐射各向异性的特点;且塑料膜代表的AOD水平约为0.5左右,为重度灰霾水平。研究为灰霾辐射效应对农作物产量影响实验提供实验设计依据,也可为大棚设施农业中塑料膜对辐射的影响提供参考。     

Orientation variation along growth direction of millimeter free-standing CVD diamond thinned by mechanical grinding

A free-standing diamond film with millimeter thickness prepared by DC arc plasma jet was thinned successively by mechanical grinding. The orientation and quality of the diamond films with different thicknesses were characterized by X-ray diffraction and Raman spectroscopy, respectively. The results show a random grain-orientation distribution during the initial growth stage. As the film thickness increases, the preferred orientation of the diamond film changes from (111) to (220), due to the competitive growth mechanism. Twinning generated during the nucleation stage appears to stabilize the preferential growth along the 〈110〉 direction. The interplanar spacing of the (220) plane is enlarged as the film thickness increases, which is caused by the increase of non-diamond-phase carbon and impurities under the cyclic gas. In addition, the quality of the diamond film is barely degraded during the growth process. Furthermore, the peak shift demonstrates a significant inhomogeneity of stress along the film growth direction, which results from competitive growth.     

基于双层电阻膜的宽频带超材料吸波体设计

设计了一种基于双层电阻膜的宽频带、极化不敏感和宽入射角的超材料吸波体,该吸波体结构单元依次由圆环电阻膜、介质基板、圆环电阻膜、介质基板和金属背板组成。采用时域有限差分算法对其进行数值模拟分析,仿真得到的反射率和吸收率表明:该吸波体在11.5～20.3 GHz范围内对入射电磁波有大于90%以上的强吸收特性。仿真得到的不同极化角和不同入射角表明该吸波体具有极化不敏感和宽入射角特性。进一步仿真得到各个结构参数对吸收率的影响表明:该双层电阻膜结构吸波体对电磁波的吸收主要是基于电路谐振机制,通过对介质基板厚度和电阻膜宽度、电阻值的设计可以对频率范围和工作带宽进行调节,使吸波体实现超宽带吸收。     

a—Ge/Au双层膜中单分形团族的Monte—Carlo模拟

本文用 Monte-Carlo 方法模拟了 a—Ge/Au 双层膜中单中心分形生长过程。模拟图形与实验结果一致说明实际的晶化生长是由随机逐次成核过程决定的。多重分形谱能定量地表征单生长中心晶化图形。     

多阶上下文自适应二进制算术编码实现

提出了一种基于多阶上下文自适应的二进制算术编码算法.考虑了编码符号序列之间的相关性,用符号序列的大概率值代替单个符号的较小概率值,由此建立了多阶上下文概率模型,降低符号间的冗余度. 将此模型应用到二进制算术编码中,形成了一种比传统二进制算术编码更有效的方法,能让平均码长变短并使得码字的信息量逼近符号的熵率,从而显著提高二进制算术编码的数据压缩比(可高达90%).对不同类型的数据文件进行实验测试,结果显示其压缩编码效果良好.     

用MOCVD法制备TiO2薄膜

用低压MOCVD法，以四异丙纯钛为源物质，高纯氮气作为载气，氧气为反应气体，制备出了TiO2薄膜，考察出了沉积温度，基片距离均对沉积速率有影响，发现在不同反应条件下TiO2薄膜生长行为受动力学控制或受扩散控制。