亚微米PZT阵列制备及铁电性能研究

采用感光溶胶-凝胶法, 在ITO/石英基板上制备了具有紫外感光性的PZT前驱溶胶及凝胶薄膜. 利用薄膜自身的感光性, 采用He-Cd紫外激光双光束干涉和二次曝光工艺, 结合有机溶剂溶洗和600℃, 15 min热处理, 制备了点阵周期为1 μm, 阵列格点尺寸为480 nm×480 nm×40 nm的PZT薄膜阵列. 并将原子力显微镜(AFM)和铁电测试仪联用, 采用具有导电涂层的探针, 通过扫描获得铁电阵列的三维图像. 据此图像, 把探针定位于特定的微小格点上, 由铁电仪通过AFM探针提供电压, 并经探针将测试信号反馈给铁电仪, 以获得格点的电滞回线. 结果表明, 亚微米量级的PZT阵点随外电场的变化可以实现极化反转, 表现出明显的铁电特性.     

表面凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征研究

表面凹坑阵列结构具有良好的陷光特性,能有效地降低电池表面的光能反射和延长光在电池吸收层中的光程,因此在光伏领域,特别是在硅薄膜太阳能电池中具有良好的应用前景.本文采用理论分析与实验验证相结合的方法,对凹坑阵列陷光结构的光学衍射特征进行研究,并讨论了凹坑阵列结构的衍射效应对硅薄膜太阳能电池吸收特性的影响.研究结果发现,凹坑阵列陷光结构的深宽比越大,其衍射效率越好,越有利于光的均匀散射,越有利于电池对入射光的吸收和电池效率的提升.另外,凹坑阵列结构的衍射特性还与入射波的波长有关,入射波长越长,其衍射效果越好.本研究对于高效表面陷光阵列的设计以及高效衍射效率光栅的制备具有重要的参考价值.     

微生物细胞溶胶-凝胶法磁性化研究

以微生物细胞为模板可制备具有多样形状的磁性或导电微颗粒．本文探讨微生物细胞溶胶一凝胶法磁性化的可行性,以尺寸在微米级的具有天然螺旋形体的微生物材料螺旋藻的细胞为模板进行细胞溶胶．凝胶法包覆磁性材料铁氧体的工艺研究,并通过光学显微镜、扫描电镜、电子能谱、透射电镜、X射线衍射对其细胞形态、表层成分、相结构进行观察与分析．结果表明,螺旋藻细胞经溶胶．凝胶处理后表面能包覆上铁氧体材料;其天然螺旋形体可保持良好,得到的单体表面磁性层厚度、成分基本均匀,在文中试验条件下,细胞表层铁氧体为立方尖晶石结构的Fe3O4;还可观察到细胞内部有纳米颗粒产生,同时细胞间横壁也有沉积．还探讨了微生物细胞溶胶．凝胶法磁性化工艺过程的物理化学反应机理．     

醋酸处理对TiO2薄膜亲水性的影响

本文用溶胶-凝胶法制备均匀透明的TiO2薄膜,在400℃锻烧2 h,再在一定浓度的醋酸中浸泡处理24 h,最后在300℃、400℃、500℃进行第二次热处理0.5 h.用X射线衍射、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计表征了处理前后薄膜的晶相结构、表面形貌及薄膜的光学性能.研究了醋酸的浓度、避光时间及光照时间对薄膜亲水性的影响.实验表明：用醋酸浸泡处理后的薄膜亲水性明显提高.光谱及AFM分析表明,导致TiO2薄膜亲水性改善的原因是醋酸浸泡处理后的薄膜表面结构的发生了变化.醋酸的最佳浓度为1 mol/L.     

355nm脉冲激光清洗溶胶-凝胶膜面颗粒污染

在强激光系统中,光学元件表面的颗粒污染极大地限制了元件的使用寿命.本文在355 nm纳秒脉冲激光入射下,采用激光等离子体冲击波光栅式扫描技术,清洗了溶胶-凝胶Si O2薄膜表面的石英颗粒污染.当瞄准距d取为0.5~1.5 mm时,膜面的清洗效率η达到90%以上.当d0.5 mm时,膜面易产生等离子体灼伤.当d接近3 mm时,清洗效果基本丧失.采用紫外-可见分光光度计、静滴接触角测量仪与原子力显微镜对样品进行测试.结果表明,冲击波清洗之后,元件透射峰能恢复到污染前的状态.由于冲击波对颗粒的碎裂作用,清洗后膜面均方根粗糙度由1.755 nm增大为2.681 nm,膜面与水的接触角由48°减为6°,其抗污染能力明显变差.     

颗粒污染诱导薄膜元件产生激光损伤

采用Nd:YAG单纵模调Q激光器,研究了溶胶-凝胶SiO_2薄膜表面颗粒污染对激光辐照损伤的影响.实验表明当膜面存在颗粒时,激光破坏阈值明显降低.尤其是前表面颗粒,最容易诱导损伤,损伤斑中央处基底的烧蚀很严重,且伴有环状变化.从损伤形貌来看,污染后的薄膜更容易出现场致损伤和基底破坏.为了深入研究这一现象,采用了电磁波时域有限差分(FDTD)法对减反射薄膜表面的颗粒污染进行了模拟研究.结果表明,前表面颗粒的调制强度要大得多.颗粒污染诱导的调制最强区位于基底一侧一个波长内,容易诱发损伤.在元件体内,光强呈衰减趋势,在3倍波长深度后逐渐趋于稳定.颗粒物诱导激光损伤问题的量化,可为亚表面缺陷的检测和控制提供依据.     

以DDS／TEOS复合醇盐通过sol—gel法制备无载体膜

通过溶胶－凝胶法，以一种有机－无机复合醇盐ＤＤＳ／ＴＥＯＳ作为先驱体，制备了大尺寸的，厚度可达３０－５００μｍ的高质量无载体膜。这种膜同时显示了极好的生与柔韦性。。详细探讨了无载体膜制备过程中多种因素对成膜质量的影响，并采用ＩＲ和ＡＦＭ等技术对膜的结构以及表面微观形进行了分析。     

锶铁氧体的结构特征及制备方法研究现状

对锶铁氧体的结构、性能特征以及主要制备方法进行了综合评述.锶铁氧体为六角晶系,属于M型铁氧体,其矫顽力主要取决于磁晶各向异性;制备方法主要有陶瓷法、化学共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、熔盐合成法和自蔓延高温合成法等.水热法和溶胶-凝胶法因具有工艺简单、产品磁性能高等优点,是今后高性能锶铁氧体制备技术的主要研究方向.     

CdTe太阳电池组件的关键技术研究

采用化学水浴法沉积CdTe太阳电池的n型窗口层CdS多晶薄膜, 用近空间升华法制备吸收层CdTe薄膜. 为了获得优质的背接触, 对退火后的CdTe薄膜用湿化学法腐蚀一富Te层, 然后沉积背接触层. 结果表明：具有ZnTe/ZnTe: Cu 复合层的太阳电池性能优于其他背接触结构的电池. 最后, 采用激光刻蚀和机械刻蚀相结合, 制备了glass/SnO₂:F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe:Cu/Ni太阳电池小组件, 其中一个CdTe太阳电池小组件的效率达到了7.03% (开路电压V_oc = 718.1 mV, 短路电流I_sc = 98.49 mA, 填充因子53.68%, 面积54 cm²) (由中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心测量).     

三掺杂化学计量比钽酸锂晶体的非挥发光存储性能

采用顶部籽晶助熔剂法生长了三掺杂近化学计量比Mg:Fe:Mn:Li Ta O3晶体,通过红外吸收光谱和居里温度研究了晶体缺陷结构.以蓝色激光为光源,获得了优异的光折变性质;采用多波长技术,研究了单晶的非挥发全息存储性能,得到了较高的固定衍射效率和灵敏度.蓝光具有较高能量,足以激发深(Mn)浅(Fe)陷阱中心的空穴,这大大提高了蓝光光折变性质和非挥发存储能力.在蓝色激光下,Mg2+不再是光损伤离子,而可以提高光折变特性.采用476 nm激光记录光栅,633 nm激光读取,在2.0 mol%Mg2+掺杂的晶体中获得了62.5%的固定衍射效率,非挥发全息存储的灵敏度提高到0.335 cm/J.     

ZnO薄膜的L-MBE动力学机制

利用自制高纯ZnO陶瓷靶材进行了ZnO薄膜的激光分子束外延(L-MBE)生长, 发现ZnO薄膜的L-MBE生长的沉积速率远低于脉冲激光沉积(PLD)的沉积速率, 并且基于ZnO薄膜生长过程中ZnO靶材与纳秒脉冲激光的刻蚀实验现象, 利用脉冲激光烧蚀ZnO陶瓷靶材的热控制理论对ZnO靶材的低刻蚀速率和ZnO薄膜的低生长速率进行了分析讨论, 对实验结果进行了合理的解释. 分析了等离子体羽辉的形成过程及其动力学特征, 揭示了ZnO薄膜L-MBE生长所具有的独特动力学特性, 即高能等离子体冲击过程中的超饱和超快生长和脉冲间隙的热平衡弛豫的交替过程. 高能沉积粒子和低生长速率对于高结晶质量ZnO薄膜的外延制备是十分有利的.     

La和Nd掺杂的硅基Bi4Ti3O12铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶（Sol—gel）技术,同一工艺条件下在Pt／TiO2／SiO2／Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12（BLT）和Bi3.15Nd0.85Ti3O12（BNT）铁电薄膜．X射线衍射（XRD）测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜（SEM）的观测显示了这些薄膜具有50～100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌．利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线．在最大外加场强为400kV／cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度（2Pr）和矫顽电场（2Ee）分别为25．1gC／cm^2,203kV／cm和44．2gC／cm^2,296kV／cm．疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1．75×10^10次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性．分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理．     

场助纳米二氧化钛薄膜光催化降解甲紫的研究

纳米二氧化钛是一种重要的无机功能材料。本文采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2薄膜,利用"场助"影响其光催化特性。光催化实验以可能具有致癌性并且难以生化降解的三苯甲烷类染料——甲紫作为降解物质,用2100型分光光度计来测量降解率,以确定电场、磁场强度对光催化特性的影响。光催化实验结果表明,外加电场(未参与水的电解)、磁场对于协助光催化降解甲紫有着明显的效果。随着外加电场、磁场强度的增加,甲紫溶液的降解率有大幅提高。反应符合一级动力学方程。     

两步法生长氮化铝中缓冲层和外延层工艺研究

研究了利用有机化学气相沉积外延方法在c面宝石（α-A1203）衬底上两步法外延生长的氮化铝薄膜．缓冲层采用氮化铝成核层．原位反射谱表明氮化铝成核过程有别于氮化镓缓冲层成核,在优化的条件下显示出单一晶面取向．同时,X射线衍射分析表明氮化铝初始成核过程中,缓冲层存在着压应变;随着成核时间的增加及退火,压应变逐渐得到驰豫．结合透射光谱分析发现,在外廷层的生长过程中,较高的的Ⅴ/Ⅲ比能够提高氮化铝薄膜的晶体质量,但是生长速率下降,可能是由于三甲基铝与氨气的寄生反应加剧造成的;另外,对氮化铝外延层进行适度的Si掺杂能够在一定程度上改善薄膜表面形貌．     

潮湿环境下非氢类金刚石薄膜的超自润滑性能研究

采用脉冲激光沉积（PLD）方法在不同衬底温度条件下制备了不含氢的类金刚石薄膜,在相对湿度为80％与5％的条件下测试了类金刚石薄膜的摩擦学特性．由于PLD方法的独特性,薄膜具“软-硬”双层结构,保证了薄膜在潮湿条件（RH=80％）下仍保持非常优异的摩擦性能,摩擦系数与磨损率最低达0．045与5．94×10^-10mm^3·N^-1·m^-1,相对于干燥条件下测试结果来看,几乎没有明显变化．原子力显微镜与白光干涉仪测试结果表明,薄膜的均方根粗糙度小于1nm,最小值为0．209nm;XPS表明薄膜sp^3最高含量达72％,并且Raman光谱结果表明室温下制备的薄膜是非晶网络结构;纳米压痕迹测试表明,薄膜最高硬度与弹性模量分别达51 GPa与350 GPa,且随衬底温度升高而降低;样品表面的水接触角均大于90°,薄膜表面疏水并具有极低的表面能．     

La和Nd掺杂的硅基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶(Sol-gel)技术,同一工艺条件下在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)和Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜(SEM)的观测显示了这些薄膜具有50~100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌.利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线.在最大外加场强为400kV/cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别为25.1μC/cm2,203kV/cm和44.2μC/cm2,296kV/cm.疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1.75×1010次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性.分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理.     

Si-N-O薄膜表面微图形的制备及对内皮细胞黏附行为的影响

采用光刻技术、湿法刻蚀在(100)硅片表面制备微米级沟槽图形结构, 并运用非平衡磁控溅射(UBMS)设备在图形表面沉积Si-N-O系薄膜, 最终得到Si-N-O薄膜表面微图形. 运用表面轮廓仪对微图形结构尺寸进行了表征, 采用X射线光电子能谱(XPS)对Si-N-O薄膜的成分结构进行了检测, 应用静态接触角测量评价了样品表面的亲疏水性, 运用体外内皮细胞粘附及Alamar blue实验评价Si-N-O薄膜表面微图形对内皮细胞粘附、取向及增殖等细胞行为的影响. 实验结果发现图形样品表面的内皮细胞数量和活性优于平面样品. 图形对培养1 d的内皮细胞取向有明显的引导作用, 细胞多沿与沟槽平行方向生长; 3 d后多数内皮细胞跨过沟槽区域相互融合, 细胞活性仍显著优于平面样品. 实验表明样品表面的微图形化可有效促进了内皮细胞在样品表面的附着与增殖生长.     

光刻胶刻蚀过程模拟的三维动态CA模型

建立了光刻胶刻蚀过程模拟的三维动态CA模型, 通过制定规则来确定模拟过程中不断更新的表面元胞, 使得模拟只需计算表面元胞的刻蚀过程; 同时模型避免了在模拟程序中大量运用if-else结构, 使运算速度大大提高. 因此模型具有稳定性好、运算速度快的优点. 首先利用一些刻蚀速率测试函数对模型进行测试, 验证了模型的效果. 随后结合曝光过程和后烘过程模拟, 采用一个精度较高的光刻胶刻蚀速率计算公式模拟光刻胶刻蚀过程; 并将模拟结果与已有的实验结果进行了对比, 比较一致. 这些结果表明建立的光刻胶刻蚀过程模拟的三维动态CA 模型具有较高的精度, 能有效地模拟光刻胶刻蚀过程, 并可与曝光、后烘等光刻工艺模拟的其他步骤集成在一起.     

Al2O3／Si（001）衬底上GaN外延薄膜的制备

利用低压金属有机物化学气相沉积方法在Ａｌ２Ｏ３／Ｓｉ（００１）衬底上制备出了六方结构的ＧａＮ单晶薄膜。厚度为１．１μｍ的ＧａＮ薄膜的（０００２）Ｘ射线衍射峰半高宽是７２ａｒｃｍｉｎ,薄膜的玛赛克（ｍｏｓａｉｃ）结构是Ｘ射线衍射峰展宽的主要原因,室温下ＧａＮ光致发光谱的带边峰位于３６５ｎｍ。     

溶液—溶胶—凝胶—自蔓燃法快速合成Bi系超导体原始粉末

提出了一种结合溶液－溶胶－凝胶法和溶液自蔓烯法的Ｂｉ系超导体原始粉末制备方法。主要分两步：９１）利用ＳＳＧ法制取成分均匀的湿凝胶；（２）利用ＳｏｌｕｔｉｏｎＳＨＳ法将湿凝胶在短时间内转变成低碳含量软团聚，超细的Ｂｉ系超导体原始粉末。克服了传统ＳＳＧ法制备的粉末形成硬团聚，颗粒粗大和碳含量高的严重缺点，并使制粉周期大大缩短。