纳米硅薄膜的压阻效应

固体纳米材料已被认为是当前极有发展前景的一种人工功能材料.许多先进国家皆已把它列为21世纪重大课题而给予重视.我们使用了常规的PECVD薄膜沉积技术已成功地制备出具有纳米相结构的硅薄膜(nc-Si:H).由于纳米硅膜是由占体积百分比X_c≈50%的细微晶粒(d=3～5nm)及X_I≈50%的晶粒界面所组成,已发现大量界面组织的存在对nc-Si:H膜的结构和物性产生重要的作用.业已观测到,nc-Si:H膜中的界面是由细微晶粒的无规排列     

纳米硅薄膜的扫描隧道显微镜研究

纳米硅薄膜(nc-Si:H)是由纳米尺寸超细微晶粒构成的一种纳米材料。其晶粒所占体积百分比为50％,其它50％则为大量晶粒之间的界面原子所占据,而界面对纳米材料的结构和物性具有重要作用。由于纳米硅薄膜结构上的新颖性,使它具有一系列不同于同类物质晶态材料或非晶态材料的特殊性能,有利于在器件中的应用。     

金刚石薄膜与Si衬底间界面状态的研究

近十多年来,气相法合成金刚石薄膜的研究已取得了很大的进展.金刚石薄膜的应用已处于商业化的初期阶段,但金刚石薄膜的生长机理还不清楚,薄膜的结构与合成条件间的相互关系研究还有待深入.尽管能在多种衬底上合成出金刚石薄膜,但薄膜与衬底间的结合强度在一些情况下还是非常弱的.因此,了解金刚石薄膜与衬底间的界面结构,分析早期在衬底上     

微晶与纳米硅薄膜表面形貌分形特征的研究

对纳米硅薄膜的微结构研究一直是这个领域中令人感兴趣的问题.Mandelbrot提出的分形理论可用于材料显微结构的定量表征,而分形维数是描述分形结构特征的一个重要几何参量.近年来,人们利用光学显微镜和SEM等手段对薄膜材料和金属断口的表面形貌进行了很多研究,但由于实验手段的限制,通常只能获得材料在微米尺度上的分形特征,而且存在实验过程和数据处理繁琐等缺点.80年代初发展起来的STM,具有纳米量级乃至原子量级的分辨率,能够非破坏性地直接获得样品表面形貌的实空间三维图象,便于进行数据处理,从而使人们可较方便地在纳米乃至原子尺度上对材料的表面进行研究.我们首先采用STM在纳米尺度上对不同工艺条件下按常规PECVD技术制备的微晶及纳米硅薄膜的表面形貌进行了观测,并结合分形理论计算了样品表面形貌的分形维数D,从而找到了D值与样品微结构参数之间的联系.1 实验过程实验所用的硅薄膜样品是在常规PECVD系统中,使用高比例的高纯氢稀释的硅烷作为反应气体,利用RF+DC双重功率源激励等离子体辉光放电制备得到的.薄膜样品的厚度～1μm,衬底为普通的玻璃片.样品表面微观形貌的观测是采用CSTM-9000型STM(中国科学院化学研究所生产)在常温和大气中完成的.观测前,样品在稀释的HF中漂洗,以除去表面上的氧     

半导体压电型纳米环诞生

据美国Science,2004,303:1348报道,美国亚特兰大佐治亚理工学院王中林教授领导的研究小组在世界上首次得到具有压电效应的半导体纳米环结构.该研究成果是继王中林2001年首次发现半导体纳米带结构后又一重大原创性成果.     

纳米硅粉末的制备及红外吸收光谱研究

纳米硅和多孔硅发光的发现,引起了人们对纳米级半导体材料研究的重视.对这种现象的解释主要归结为以下两点:一是因颗粒尺寸小而引起能带结构的变化,导致跃迁选择定则改变引起发光,即所谓量子尺寸效应;二是在硅小颗粒表面的氢、氧等杂质与硅化合形成缺陷,悬键所引起发光。目前对这两种解释尚无定论。对于后者,弄清楚纳米硅中氢、氧的存在方式与结构的关系对研究纳米硅的发光机理有很重要的意义。红外吸收光谱作为探测硅中的氢、氧等的手段已进行了很多的研究。本文利用激光诱导化学气相沉积法(LICVD)用SiH_4为原料制备了平均粒度为10～12nm的晶态纳米硅粉。并通过红外吸收光谱对纳米硅粉末中的氢和表面氧化所引起的氧的存在情况进行了分析。发现纳米硅粉末由于表面原子活性大,有氧化现象,在其中存在(H_2-Si)。原于团和HSiO两种类型的硅氢结构。前者是一种不稳定结构,退火温度达到600℃时分解,在红外谱上的吸收峰消失;后者是一种稳定结构,随退火温度的升高,氧含量的增多,向高波数方向移动。这主要是由于氧的电负性对H-Si的影响形成的。     

Si和Mo基片上气相生长金刚石薄膜的界面状态研究

在低压气相生长金刚石薄膜中,金刚石薄膜与基片间的界面状态是一个十分重要的问题,它不仅与金刚石在异质基片上的成核、生长机理有密切关系,而且在很大程度上决定着金刚石薄膜与基片的粘附性能.近几年来,人们首先较多地研究了单晶Si基片生长金刚石薄膜中的界面状态,认为在金刚石薄膜与Si基片之间存在着一个界面层或过渡层,其主要成分是β-SiC.但也有人认为不存在界面层,金刚石是在Si表面直接生长的.其它基片上生长金刚石薄膜的界面状态也曾见报道.     

量子点中的界面极化子和多孔硅发光现象

量子点中的极化子效应是当前量子点研究中的重要问题,其特征急需了解,提出了量子点中量子限域极化子的概念,可能性和能量随尺寸的变化规律,指明本征声子和外来声子都可能对其形成有贡献,利用此模型分析了多孔硅体系中的光谱特征。发现表面覆有氧化层的纳米硅的行为十分符合量子限域极化子的特征。     

金刚石膜的生长特性及界面结构研究

众所周知,金刚石具有优异的电学、热学及机械特性,气相合成金刚石方法作为一种新的金刚石合成技术具有广阔的发展前景。目前用各种化学气相沉积(CVD)方法已合成出了具有不同用途的金刚石膜。随着气相合成金刚石薄膜制备与应用研究的发展,人们在气相合成金刚石薄膜的机理研究和物性研究方面作了许多工作,其中Williams等人对微波CVD     

纳米硅光能隙的Raman表现

早期非晶硅振动谱的研究中提到非晶材料光学吸收能隙与Raman谱的关联.嗣后,Lannin又在非晶四族元素动力学和序结构的研究中明确地指出:光能隙(即Tauc隙)与其Raman谱中类横向光学模(TO-like mode)峰的半高半宽的变化有关,且与无序硅贝特点阵模型(Bethe lattice model)做了比较,发现无序随机网络中每个原子的sp~3轨道互作用起伏的减小致使带边变宽,进而引起键角分布函数g(θ)的变化,表现在Raman谱的位、形上.然而,g(θ)可以从对分布函数g(r)的近似得到:     

铁基纳米晶合金的界面缺陷结构及力学性能

正电子寿命谱结果表明,在由非晶晶化法制备的大块纳米晶(晶粒尺寸为1—100nm)合金的界面处存在两类缺陷:自由体积型缺陷和纳米空洞.前者尺寸小于一个单空位,后者约为几个单空位大小,且通常位于几个晶界的交叉点处.两者相比,自由体积型缺陷是一种浅的捕获势,但其数量可占90%以上.值得注意的是随着晶粒的粗化,纳米空洞的尺寸和浓度将发生显著的变化.因此可以想象这种类型的缺陷将对纳米晶材料的界面结构及性能产生极大的影响.目前有关这方面工作的报道很少.     

Si/SiO_2异质界面的超精细硅量子线

作为半导体科学技术研究前沿领域的硅低维量子结构,它无论在低维物理基础研究,还是在技术应用上,都具有十分重要的意义.硅量子线作为纳米电子学的基础,将发展实现特大规模集成电路和开拓新一代硅量子效应的器件;同时,这种人工设计的一维微结构材料的能带结构不同于天然硅材料,可望获得高的发光效率,用于发展硅基集成光电子技术.国际上采用先进的材料生长手段和各种亚微米级以至纳米级的超微细     

SiO2薄膜注Si^＋后的蓝光发射

由于成熟的硅平面工艺已使硅成为目前不可取代的最重要的半导体材料,因此为了实现未来的硅基光电子集成,硅基发光材料正成为研究热点.广泛应用于硅集成电路中的SiO_2.薄膜有可能成为一种硅基发光材料.最近有人采用高注入能量在硅基SiO_2.薄膜中注入高剂量Si~+,获得了约为2.0eV的光致发光.假如SiO_2薄膜还可以发射绿光和蓝光,则为全色显示提供了必要条件.虽然某些SiO_2块体材料在低温下存在～2.7eV的光致蓝光峰,但有人报道SiO_2薄膜中不存在～2.7eV的蓝光发射.我们采用离子注     

准分子脉冲激光制备发光硅晶粒的新途径

半导体硅是制备集成电路芯片和晶体管的重要材料,用硅制成的特种器件可用于检测光信息,由于其间接带隙的能带结构及禁带宽度仅1.12eV,因而本身无法由电致(EL)和光致(PL)发射高效率的可见光,使其在光电子器件领域的应用受到了限制.探索硅基材料的可见发光是材料科学领域中的重大研究课题.目前已有多种实现这一效应的方法,如电化学腐蚀的多孔硅和微波等离子体淀积的超细硅粉等,但是实际器件运用中所需材料必须具有良好的表面性质和均匀的内部结构.我们曾用Ar离子激光晶化技术使:a-Si:H/a-SiN_x:H多量子阱(MQW)结构中:a-Si:H阱层晶化成纳米晶粒,观察到室温可见光致发光现象,该方法可以人工设计并有效控制晶粒尺寸且材料内部结构均匀.本文将报道KrF准分子脉冲激光辐照a-Si薄膜制备室温呈现可见PL特性的硅晶粒的新方法,所用激光具有曝光面积大、能量高、作用时间短等特性,其晶化的均匀程度和效率均优于Ar离子激光,并且是一种“低温”、“干法”晶化过程,对衬底影响较小,从而有利于提高晶化样品性能,形成均匀的纳米晶粒,以期研究获得可见发光材料的新途径.     

碳黑改性纳米TiO2薄膜光催化降解有机污染物

高活性和高稳定性催化剂的制备是光催化技术实用化的关键,以碳黑为造孔剂制备了改性的纳米TiO2薄膜光催化剂,并通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、漫反射光谱（DRS）和红外光谱（FTIR）对催化剂的结构进行表征,结果显示,改性TiO2和普通TiO2薄膜均为纳米材料,晶相以锐钛矿为主,并含有少量金红石,碳黑改性使薄膜具有了更多的孔隙,并且其他性质也发生了变化,如晶粒度变小、金红石含量增加、吸收带边红移,光催化降解有机污染物的试验表明,改性TiO2的活性约为普通TiO2的2倍,并对苯酚类的有机污染物有很好的降解效果,降解活性艳红X－3B的稳定性试验表明制备的碳黑改性纳米TiO2催化剂具有较好的稳定性,连续使用1个月活性一直保持不变。     

半导体纳晶多孔TiO2薄膜的特性研究

半导体纳米超微粒作为不同于本体材料的一类新型材料,在化学、物理及材料等领域中研究十分活跃。由于颗粒尺寸减小出现能带量子化和表面迅速增大引起的表面效应等,进一步导致了光化学和光物理不寻常的行为,这充分显示了它在光电功能材料方面广泛应用前景。半导体纳米超微粒常在胶体溶液中制备,但在胶体溶液相中形成的纳米超微粒往往因其稳定性差和不易形成固体材料的局限,使其实际应用受到了一定的影响。近来有人提出研究半导体纳米超微粒(纳晶)薄膜,这种固体薄膜具有半导体纳米超微粒的一些光化学、光物理特性,而且结构性能稳定。因此,半导体纳晶薄膜成为当前新型光电功能材料发展研究中的一个新的方向。本文报道了半导体纳晶TiO_2薄膜的制备、形成及其性能。     

合成压力对FeOOH纳米固体结构的影响研究

材料的性质是由材料的结构和内部的原子状态决定的.纳米固体也不例外,它的许多奇异性质就是由其内部独特的界面结构决定的.在纳米固体内部的界面上存在大量的不饱合配位原子,它们的键合形式多种多样,形成了独特的界面结构.由于压力作为纳米固体形成的必要手段能有效地改变其内部的界面结构,所以研究清楚压力对纳米固体结构的影响,无论是对它的基础研究还是具体应用都是很重要的.在本文中,我们用XRD和IR谱研究了成形压力对FeOOH纳米固体结构的影响.     

纳米薄膜导热系数的分子动力学模拟

建立了一种导热模型,采用分子动力学方法模拟研究了厚度为纳米量级的固体薄膜在垂直于膜平面方向的导热系数,选取具有可靠实验数据和势能函数的固体氩作为模型系统。通过计算机模拟预报了纳米薄膜导热系数的“尺寸效应”：在膜厚度为２－１０ｎｍ范围内,薄膜导热系数值显著低于大体积实验值,并随膜厚度增大而增大。声子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ输运方程的近似解与计算机模拟结果相一致,揭示了导热系数的“尺寸效应”来源于薄膜边界对     

纳米晶体材料的有效弹性模量与界面效应

纳米晶体材料的很多性质与界面效应有关，从材料的微观结构特点出发，研究界面对材料的有效弹性性质的影响，首先，将纳米晶体材料看作一种两相复合材料，基体是具有不规则原子结构的界面相，夹杂是具有理想晶格的晶粒相，用Mori-Tanaka方法给出了有效模量的表达式，进而用应变梯度弹性理论，通过对纳米晶体材料的代表性胞元的分析，考察了应变梯度对材料变形行为的影响，分析了界面效应影响材料性质的两种微观物理机制，其一是界面相不规则原子结构的软化效应，其二是界面附近边界层存在引起的硬化效应。