纳米压印技术制备Si基GaN纳米柱图形化衬底

采用纳米压印和反应离子刻蚀技术,通过实验研究反应离子刻蚀时间与GaN纳米柱高度的相关性,成功地在Si基GaN衬底上制备出了GaN纳米柱图形化衬底。SEM表征分析发现在图形化衬底上所制备的GaN纳米柱形貌均匀、排列整齐;室温光致发光光谱分析发现GaN纳米柱图形化衬底与GaN材料相比带边发光峰出现2.1nm的红移,发光强度增强。研究结果表明GaN纳米柱内应力得到释放且具有光子晶体的作用。
     

图形化ZnO纳米杆的生长与表征

为了得到具有较好紫外发射特性的ZnO纳米杆阵列,以氢气腐蚀过的GaN薄膜为衬底,在较低的温度(105°C)下采用水浴法制备图形化ZnO纳米杆阵列。对制备的样品进行结构和形貌表征,并通过对比实验研究氢气腐蚀处理的影响。结果表明,氢气腐蚀过的GaN薄膜衬底,有利于形成致密、均匀、定向排列的ZnO六边形图案,符合螺旋位错驱使的生长机制。     

利用聚苯乙烯纳米球刻蚀法制备周期有序δ-MnO2纳米阵列

利用聚苯乙烯(polystyrene, PS)纳米球刻蚀结合水热生长的方法，制备周期有序δ-MnO₂纳米阵列。利用磁控溅射MnO₂靶材获得种子层，将PS纳米球通过自组装方法在MnO₂种子层上形成单层密堆积结构来制备图案化模板，再通过反应离子刻蚀(reactive ion etching,RIE)减小PS纳米球的尺寸，并利用磁控溅射SiO₂靶材来覆盖PS纳米球间的间隙，去除衬底上的PS纳米球以得到周期有序的MnO₂种子位点，用于后续水热生长。通过选取不同尺寸的PS纳米球，制备周期分别为800和500 nm的有序纳米阵列，利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy, TEM)对其进行表征，并确认阵列中MnO₂材料为δ相。研究结果为寻找低成本制备半导体材料有序纳米阵列提供了方法。     

两步法工艺制备GaN纳米晶

采用先在Si(111)衬底上磁控溅射制备Ga2O3,然后在氨气气氛中退火氨化的方法制备了一维GaN纳米晶结构.通过对不同温度下氨化生长的GAN纳米晶的扫描电子显微镜(SEM)观察,确定了氨化生长一维GaN纳米晶的最佳制备温度为950℃.用X射线衍射(XRD)分析了硅片上的纳米晶成分,并用高分辨电镜(HRTEM)观察了该实验条件下生长的一维GaN纳米晶的微观结构.     

不同衬底上Au纳米颗粒制备及其光学特性

采用电子束金属蒸镀技术,在GaN、Al2O3、SiO23种衬底上蒸镀纳米级Au薄膜,通过快速热退火形成纳米颗粒(NPs).对其光学性质进行研究发现,Au NPs表面等离子共振耦合峰位与颗粒尺度、形貌乃至衬底关系密切.不同温度退火后,GaN衬底上形成的NPs共振波长位于黄红光波段,而Al2O3和SiO2衬底上的NPs共振峰位分别为550和525nm,处于绿光波段.依此,提出采用Au NPs与InGaN基LEDs耦合,以提高不同光发射波长出光效率的方案.     

基于纳米压印技术制备200nm周期金自支撑透射光栅

采用纳米压印技术作为制备亚微米周期光栅图案的核心技术,并结合反应离子刻蚀,电子束蒸镀,微电镀,紫外光刻,湿法刻蚀成功制作了面积为5 mm×8 mm、周期为200 nm、占空比近1∶1的大面积金自支撑透射光栅.首先利用紫外光固化纳米压印技术和反应离子刻蚀在高分子胶层上复制出石英模板上的纳米光栅结构,然后用微电镀技术制备出金光栅.为了获得具有较深槽深的光栅图形,采用了纳米压印双层胶工艺体系.此工艺利用了纳米压印技术分辨率高、效率高的优点,并且可以制备出剖面陡直、对比度高的高分辨率纳米光栅线条.最后用紫外光刻,微电镀和湿法腐蚀制作出支撑结构,获得金自支撑透射光栅.     

离子轰击碳膜凸起形成碳纳米尖端的理论分析

用CH4、NH3和H2为反应气体,利用等离子体增强热丝化学气相沉积系统在沉积有碳膜的Si上制备了碳纳米尖端.用原子力显微镜表征了碳膜,结果表明碳膜是凸凹不平的膜,有许多凸起.在生长碳纳米尖端的过程中,由于既有含碳离子在凸起上的沉积,又有氢离子和含氮离子对凸起的刻蚀,根据有关离子沉积和溅射刻蚀的理论,理论分析了离子轰击碳膜凸起碳纳米尖端的形成.     

GaN纳米柱的量子效率研究

主要通过低温和室温变功率光致发光(PL)谱的实验手段,研究了GaN纳米柱和对应薄膜(作为参考)的量子效率表现.实验中发现在室温,激发光功率为0.5mW时,GaN纳米柱的积分PL强度是薄膜的12.2倍,这表明GaN纳米柱具有比薄膜更高的内量子效率和光引出效率.另外,依据高低温积分PL强度比的方法计算得到激发光功率0.5mW时,GaN纳米柱的内量子效率低于薄膜,该计算结果违背由实验现象得到的结果,这表明该内量子效率的计算方法是不合适的,因而建立了一种新模型,得到GaN纳米柱和薄膜的内量子效率比随激发光功率的变化规律,结果表明GaN纳米柱的内量子效率表现显著优于薄膜.     

新型纳米加工技术的研究

新型纳米加工技术是近几年迅速发展并取得突破性进展的一种纳米制造技术,利用无机纳米材料及无机—有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模,结合纳米刻蚀技术实现小于30 nm的图形结构制备。克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制,为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。通过新型纳米加工技术的研究,克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制,为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。     

硅纳米图形诱导生长分布均匀的锗纳米岛

采用阳极氧化铝模板的方法在硅衬底上制备出分布均匀的硅纳米图形,研究了在硅纳米图形衬底上自组装生长锗纳米岛的演化.发现在500℃下,硅纳米图形对自组装生长锗岛起到诱导作用,获得尺寸和分布均匀的Ge纳米岛,岛的尺寸为35nm,密度达到5×1010 cm-2.当温度较低和较高时,硅纳米图形的诱导作用变得不明显.最后探讨了纳米图形诱导锗纳米岛生长可能的机理.     

Si图形衬底的制备及半极性GaN生长

利用KOH溶液的各向异性腐蚀,通过研究温度、异丙醇(IPA)及超声波振动对Si衬底腐蚀的影响,在Si(001)平面衬底上刻蚀出侧面为(111)面的槽状图形衬底.在此基础上,实现了GaN在Si图形衬底(111)侧面的生长.X射线双晶衍射测量GaN薄膜的Bragg角为18.45°,表明在Si图形衬底上成功生长出了(1-101)半极性GaN薄膜.其X射线衍射峰半高宽为1 556弧秒.     

无掩模选择性制备硅纳米线阵列及其光致发光

基于金属辅助硅化学刻蚀发展了一种无掩模选择性区域制备硅纳米线阵列的方法, 并利用该方法成功制备了图形化的硅纳米线阵列. 扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM) 分析表明, 所制备的硅纳米线阵列是高质量的多孔微纳米结构, 并利用拉曼光谱仪研究了室温下硅纳米线阵列的光致发光特性. 结果表明, 硅纳米线阵列可实现有效的光发射, 发光波峰为663 nm. 该方法工艺简单、有效, 可潜在地应用于构筑硅基光电集成器件.     

金属辅助化学刻蚀法制备尺寸可控的硅纳米线

为制备粗细均匀、大长度的硅纳米线,通过金属辅助化学刻蚀方法,以银作为辅助金属,利用场发射扫描电镜(FESEM)和FIB/SEM双束系统作为检测手段,结合微加工工艺,研究了不同的反应离子刻蚀时间和化学刻蚀时间对制备的硅纳米线的尺寸和形貌的影响。结果表明,通过该方法制备的硅纳米线粗细均匀、长度较大。控制反应离子刻蚀时间和化学刻蚀反应时间,可以控制硅纳米线的形貌与尺寸。     

Reactive ion etching of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymer for flexible piezoelectric devices

A microfabrication process for poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)(P(VDF-TrFE)) based flexible piezoelectric devices is proposed using heat controlled spin coating and reactive ion etching(RIE) techniques.Dry etching of P(VDF-TrFE) in CF 4 +O2 plasma is found to be more effective than that using SF 6 +O2 or Ar+O2 feed gas with the same radiofrequency power and pressure conditions.A maximum etching rate of 400 nm/min is obtained using the CF 4 +O2 plasma with an oxygen concentration of 60% at an antenna power of 200 W and a platen power of 20 W.The oxygen atoms and fluorine atoms are found to be responsible for the chemical etching process.Microstructuring of P(VDF-TrFE) with a feature size of 10 m is achieved and the patterned films show a high remanent polarization of 63.6mC/m 2.     

圆锥形图形化蓝宝石衬底对MOCVD生长GaN外延膜的位错密度和应力应变影响

通过金属氧化物化学气相沉积（MOCVD）方法在2．5μm×1．6μm×0．5μm圆锥形图形化蓝宝石衬底（CPSS）和没有图形化平面蓝宝石衬底（uss）上生长GaN外延膜．高分辨率X射线衍射仪（HRXRD）测试结果表明,生长在CPSS上GaN的刃位错的密度比生长在USS上GaN的刃位错密度低得多;从透射电子显微镜（TEM）观察,CPSS可有效地减小GaN外延膜中的线位错密度;拉曼散射谱显示通过CPSS可有效地减小GaN外延膜中的残余应力;比较两种外延膜中的光致发光谱（PL）,能从生长在CPSS上GaN外延膜中观察到强而尖的带边发射．以上结果表明：生长在CPSS上GaN外延膜的质量高于生长在USS上GaN外延膜的质量．     

BST薄膜的湿法化学刻蚀工艺优化及应用初探

采用sol-gel法在SiO2/Si衬底上制备了Ba0.7Sr0.3TiO3(BST)薄膜.利用湿法化学刻蚀技术对BST薄膜进行图形化.通过实验结果对比,选择HF/HNO3/H2O2/H2O(体积比为1∶20∶50∶20)的混合液作为最佳刻蚀液.扫描电镜(SEM)结果表明,刻蚀后BST薄膜表面干净,无残留物,图形轮廓清晰.原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)结果显示,刻蚀后BST薄膜表面粗糙度增大,结晶性退化.对刻蚀后的薄膜在600℃后退火处理,能要在一定程度上恢复其表面形貌和结晶性.应用优化工艺制备BST薄膜阵列,采用剥离法将Au,Ni/Cr和Pt/Ti电极进行微图形化.最后,成功地制备了Au/Ni/Cr/BST/Pt/Ti/SiO2/Si结构的8×8元的红外探测器阵列.     

硅单电子晶体管制备及特性

采用电子束光刻技术和反应离子刻蚀等工艺，在P型SIMOX硅片上成功地制备了一种单电子晶体管。提供了一种制备量子线和量子点的工艺方法，在器件的电流，电压特性上可观测到明显的库仑阻塞效应和单子隧穿效应，该器件的工作温度可达到77K。     

紫外压印光刻中阻蚀胶残膜刻蚀工艺

针对紫外（UV）压印光刻在压印工艺过程中会产生阻蚀胶残膜的技术特点，采用以O2为反应气体来清除阻蚀胶残膜的反应离子刻蚀（RIE）工艺方法，研究了不同的反应气体流量、反应腔室压力、射频功率等刻蚀参数对刻蚀速率和刻蚀各向异性的影响，得到了刻蚀速率和刻蚀各向异性随各刻蚀参数的变化趋势图．实验结果表明，减小反应气体压力和气体流速可以降低刻蚀速率，提高刻蚀各向异性．通过对刻蚀参数的优化配置，当射频功率在200W、反应气体流速在30mL／min、反应腔室压力为0．6Pa时，刻蚀速率可以稳定在265nm／min，各向异性值可以达到13，因此实现了对压印图质形的高质量转移．     

用OMA-Ⅲ对Si单晶的激光喇曼谱的研究

用OMA-Ⅲ型光学多道分析仪对Si的激光拉曼谱进行了检测,通过综合提高信噪比的实验手段,得到了满意的结果。并对用OMA-Ⅲ进行离子注入过程中二次荧光谱的测定的可行性进行了讨论。     

Roughening surface morphology on free-standing GaN membrane with laser lift-off technique

An ultraviolet (UV) laser lift-off (LLO) technique was presented to form a roughened surface morphol-ogy on GaN membrane grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The etched sur-face showed cone-like structures on a free-standing GaN membrane. Based on the scanning electron microscopy (SEM) and atom force microscopy (AFM) measurements, the etching mechanism was proposed, which was related to the different decomposition depth caused by the dislocations in the GaN membrane. The etching efficiency and morphology of GaN by the LLO technique and the photo-electrochemical (PEC) wet etching technique was compared and analyzed. This roughed cone-like surface morphology by LLO can enhance the external efficiency of vertical structure n-side-up GaN-based light-emitting diodes (LEDs) simultaneously while being released of the performance con-strains impeded by sapphire.