外加电场下脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长

采用脉冲激光烧蚀技术,在引入垂直于烧蚀羽辉轴线外加直流电场的前后,分别在1,3,5Pa的室温氩气环境下沉积制备了一系列纳米硅晶薄膜,其中衬底与羽辉轴线平行.扫描电子显微镜(SEM)的检测结果表明,在同一直流电压下制备的纳米Si晶粒平均尺寸和面密度均随气体压强的增加而增大.保持气压不变,引入电场后所制备的纳米Si晶粒平均尺寸相对于无外加电场时增大,而面密度减小.结合纳米晶粒气相成核生长动力学,对实验结果进行了定性分析.     

激光烧蚀制备纳米Si晶粒的激光能量密度阈值

在10 Pa的Ar环境气氛下,采用脉冲激光烧蚀方法在玻璃或单晶Si(111)衬底上制备了纳米Si晶薄膜. 为了确定能够形成纳米Si晶粒的激光能量密度阈值,在0.40～1.05 J/cm2内实验研究了激光能量密度对纳米Si晶粒形成的影响. 扫描电子显微镜(SEM)测量证实,随着激光能量密度的减小,所形成的纳米Si晶粒数目逐渐减少. 当激光能量密度低于0.43 J/cm2时,衬底表面不再有纳米Si晶粒形成. 从激光烧蚀动力学角度出发,对实验结果进行了定性分析.     

背景气压对纳秒脉冲激光烧蚀半导体Ge的影响

为了深入理解在纳秒激光烧蚀半导体材料过程中背景气压对烧蚀过程以及羽流膨胀动力学特性的影响,本文利用一维激光烧蚀和流体动力学耦合模型,对不同He气压下的纳秒脉冲激光烧蚀半导体Ge的过程进行了模拟计算.结果表明：在氦气环境下,背景气压的变化对辐照在靶面的激光能量影响较小,因此靶面蒸发率、靶面温度和靶面烧蚀深度对气压变化的敏感程度较低;同时,背景气压的增大抑制了羽流膨胀,使羽流膨胀速度减小.计算结果和分析对于优化纳秒激光烧蚀半导体时背景环境气压具有理论指导意义.     

散射电场对激光烧蚀制备纳米Si晶粒分布和尺寸的影响

在10 Pa的氩气环境下采用了脉冲激光烧蚀技术(PLA),通过引入散射电场沉积制备了纳米Si晶粒薄膜.X线衍射谱(XRD)和Raman谱测量均证实了在薄膜中已经形成了纳米Si晶粒;利用扫描电子显微镜(SEM)对所制备的薄膜进行了形貌表征.结果表明,纳米Si晶粒的分布以及其平均尺寸均相对于轴向呈对称分布,加入散射电场后纳米Si晶粒的分布范围增大,其平均尺寸最大值所对应与靶的轴向夹角变大.利用MATLAB对烧蚀颗粒在散射电场的运动过程进行数值模拟,得到与实验结果一致的规律.     

环境气体种类对烧蚀粒子输运动力学的影响

为深入理解纳米硅(Si)晶粒的成核机理,实现纳米Si晶粒的均匀可控,采用蒙特-卡罗(MonteCarlo)模拟方法,对脉冲激光烧蚀单晶Si靶沉积纳米Si晶薄膜过程中烧蚀粒子在环境气体中的输运动力学过程进行了模拟,并研究了环境气体种类对烧蚀粒子时空分布的影响.研究结果表明,当环境气体种类确定时,随着时间的推移,烧蚀粒子强度分布的峰值右移;并且在He环境气体中烧蚀粒子的传播距离最大,在Ar环境气体中烧蚀粒子传播距离最小;随着距靶的距离增加,烧蚀粒子的强度减小,在Ne环境气体中传输的烧蚀粒子出现二次强度峰的时间最早,并且强度峰值最大.     

激光烧蚀过程中密度交叠区振荡稳定时间与晶粒尺寸均匀性的关系

在不同环境气体中,对脉冲激光烧蚀产生的Si粒子的输运过程进行了Monte Carlo动力学模拟,并实验研究了脉冲激光烧蚀制备纳米Si薄膜的晶粒尺寸分布. 在理论分析和实验研究的基础上,讨论了纳米Si晶粒尺寸分布和烧蚀过程中出现的交叠区振荡稳定时间的对应关系. 结果表明,Si蒸气/环境气体高密度交叠区振荡稳定时间越短,所制备的纳米Si晶粒尺寸分布越均匀.     

脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒过程中稳定晶核大小研究

采用蒙特卡罗方法,模拟了脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒的动力学过程.在模拟中采用了成核长大模型,对室温下的硅晶粒成核过程中稳定晶核所含硅原子数目进行了研究.经过大量的计算以及与实验数据的比较,发现当稳定晶核所含硅原子数目为6时,计算得出的纳米硅晶粒平均尺寸分布规律与实验数据符合较好.     

溅射气压对ZnO薄膜生长、发光性能和结构的影响

沉积缺陷少、晶粒高度c轴择优生长的ZnO薄膜是制备短波发光器件和压电谐振传感器的关键问题之一.以ZnO为靶材,采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备纳米ZnO薄膜,实现了室温下强的紫外受激发射和弱的深能级发射.通过对薄膜表面形貌的观测, 以及对X射线衍射(XRD)谱和室温光致发光(PL)谱的分析,研究了不同溅射气压对ZnO薄膜生长、结构和发光性能的影响.结果显示溅射气压在1.9 Pa-3.5 Pa之间,晶粒直径先增大后减小,在2.6 Pa时晶粒生长到最大;在3.2 Pa时薄膜单一取向性最优,以此推断最佳的溅射气压在2.6 Pa-3.2 Pa之间.实验在玻璃衬底上制备出了XRD衍射峰半高宽仅为0.12°的、高度c轴择优生长的ZnO薄膜.     

不同能量密度对脉冲激光沉积纳米硅晶粒尺寸的影响

在室温条件下保持Ar环境气体压强不变,采用脉冲激光沉积(PLD)技术,通过改变激光能量密度,在与烧蚀羽辉轴线垂直放置的衬底上沉积了一系列纳米硅晶薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)和拉曼(Raman)散射光谱对样品进行特性分析.结果表明,在能量密度为2～4J/cm2时,衬底上沉积的纳米硅晶粒尺寸和面密度基本不变.结合纳米晶粒成核生长动力学,对结果进行了定性解释.     

沉积气压对磁控溅射ZrO2薄膜光性能的影响

为了探究沉积气压对ZrO₂薄膜光学特性的影响规律，以玻璃和硅片为基底，利用射频磁控溅射的方法在不同沉积气压下制备ZrO₂薄膜样品.通过分光光度计测定薄膜在可见光波段的透射光谱，利用椭圆偏振谱仪表征薄膜的折射率、消光系数、厚度等光学参量，利用原子力显微镜观测薄膜表面的微观结构等.结果表明：(1)薄膜的沉积速率随沉积气压的增大而减小，沉积气压为0.4 Pa时沉积速率最大，为0.033 nm/s，沉积气压为1.0 Pa时沉积速率最小，为0.011 nm/s；(2)当沉积气压为1.0 Pa时，200～1 000 nm波段薄膜的平均透射率和折射率均最高，分别为82.71%和2.35，表现出良好的透光性；(3)沉积气压对薄膜消光系数的影响较小；(4)不同沉积气压下制备薄膜的表面粗糙度也不同，沉积气压为1.0 Pa时薄膜的粗糙度最低，为5.5 nm，沉积气压为0.6 Pa时薄膜的粗糙度最高，为25.2 nm.     

反应气压对氢化非晶氮化硅薄膜的发光特性影响

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术制备了氢化非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,利用光致发光谱(PL)和傅里叶红外吸收谱(FTIR)研究了不同气压条件下所形成薄膜的发光特性.结果表明,在较高气压条件下,所沉积薄膜的发光峰位在2.5 eV附近;减小气压使薄膜的沉积速率下降,其内部原子微观结构发生变化,薄膜的发光峰位在3.05 eV处,其半高宽为1.48 eV.     

溅射功率及压强对磁控溅射Mo薄膜电学性能和表面形貌的影响

采用直流磁控溅射的方法在普通玻璃衬底上沉积Mo薄膜,研究了工作压强、溅射功率对Mo薄膜的电学性能、表面形貌的影响.实验表明,在我们所使用的压强范围内(O.2～2.O Pa),溅射压强低时,沉积速率较快,制备出的薄膜导电性能亦较好;O.4 Pa时达到最佳值,电阻率为1.22×10-4Ω·cm,且扫描电镜(SEM)图显示薄...     

纳米4H-SiC薄膜的光学性质研究

SiC薄膜具有结构不易控制,透明性较差的特点,采用PECVD方法淀积的纳米SiC薄膜经光学透过率测试表明,在637nm和795nm处高的光透过率,并且当薄膜的厚度增大时,仍然具有高透过率的特性,这一结果表明,PECVD技术具有制备结构均匀,透明的纳米SiC薄膜的优势,同时,在与非晶SiC薄膜进行对比中发现非晶SiC薄膜的透过率不如纳米SiC薄膜。     

全固态锂离子电池阳极V_2O_5薄膜的性能研究

通过磁控溅射法制备全固态锂离子电池阳极V2O5薄膜,对不同条件下制备的V2O5薄膜用原子力扫描显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)进行测试分析。结果表明,氧气比例高于20%,溅射功率120W,环境压强1.2Pa时,V2O5薄膜在表面形貌、物相和物态方面表现出良好的电化学性能。     

纳米晶LaFeO3 薄膜的制备与不同气氛处理后的光电子能谱

利用sol\|gel工艺, 在硅衬底上制备了纳米晶LaFeO₃薄膜. 测试了在乙醇蒸气和NO₂气氛下处理后的光电子能谱(XPS), 结果表明, 纳米晶LaFeO₃ 薄膜吸附乙醇后, 表面吸附氧含量明显降低, 铁含量略有下降; 吸附氧化性气体NO₂后, 表面吸附氧和铁含量明显增高, 且存在三价铁离子向四价铁离子转化的趋势. 通过测试和分析表明, LaFeO₃ 的敏感机理不仅与表面吸附氧相关, 还与表面三价铁离子的变价有关.     

氩气分压与膜厚对溅射Al膜微结构及应力的影响

在不同氩气分压下,用直流溅射法在室温Si基片上制备了不同厚度的Al膜。用光学干涉相移法和X射线衍射技术,对薄膜应力和微结构进行了测试分析。微结构分析表明:制备的Al膜均呈多晶状态,晶体结构仍为面心立方;氩气分压分别为1Pa和3Pa的Al膜相比,1Pa下制备的薄膜结晶程度明显优于3Pa下制备的薄膜。1Pa下Al膜平均晶粒尺寸随膜厚的增加由17.9nm逐渐增大到26.3nm;晶格常数由0.4037nm增大到0.4047nm,均比标准值0.40496nm稍小。应力分析表明:同一工作气体压强(氩气分压)下,Al膜的平均应力随着膜厚的增加变小,应力分布趋向均匀。相同时间1Pa和3Pa的Al膜,其微结构和应力有较大差别。     

Pressure-induced amorphization and an amorphous-amorphous transition in densified porous silicon.

Crystalline and amorphous forms of silicon are the principal materials used for solid-state electronics and photovoltaics technologies. Silicon is therefore a well-studied material, although new structures and properties are still being discovered. Compression of bulk silicon, which is tetrahedrally coordinated at atmospheric pressure, results in a transition to octahedrally coordinated metallic phases. In compressed nanocrystalline Si particles, the initial diamond structure persists to higher pressure than for bulk material, before transforming to high-density crystals. Here we report compression experiments on films of porous Si, which contains nanometre-sized domains of diamond-structured material. At pressures larger than 10 GPa we observed pressure-induced amorphization. Furthermore, we find from Raman spectroscopy measurements that the high-density amorphous form obtained by this process transforms to low-density amorphous silicon upon decompression. This amorphous-amorphous transition is remarkably similar to that reported previously for water, which suggests an underlying transition between a high-density and a low-density liquid phase in supercooled Si (refs 10, 14, 15). The Si melting temperature decreases with increasing pressure, and the crystalline semiconductor melts to a metallic liquid with average coordination approximately 5 (ref. 16).     

Mechanism of hydrogen-induced crystallization of amorphous silicon

Hydrogenated amorphous and nanocrystalline silicon films manufactured by plasma deposition techniques are used widely in electronic and optoelectronic devices. The crystalline fraction and grain size of these films determines electronic and optical properties; the nanocrystal nucleation mechanism, which dictates the final film structure, is governed by the interactions between the hydrogen atoms of the plasma and the solid silicon matrix. Fundamental understanding of these interactions is important for optimizing the film structure and properties. Here we report the mechanism of hydrogen-induced crystallization of hydrogenated amorphous silicon films during post-deposition treatment with an H(2) (or D(2)) plasma. Using molecular-dynamics simulations and infrared spectroscopy, we show that crystallization is mediated by the insertion of H atoms into strained Si-Si bonds as the atoms diffuse through the film. This chemically driven mechanism may be operative in other covalently bonded materials, where the presence of hydrogen leads to disorder-to-order transitions.