衬底上立方氮化硼薄膜的大面积生长

采用热丝辅助射频等离子体化学气相沉积（ＣＶＤ）方法在较大面积（≥５ｃｍ２）镍衬底上生长立方氮化硼（ｃ－ＢＮ）薄膜．所用气体为硼烷、氨气和氢气的混合气体．实验发现,灯丝温度及其分布是影响ｃ－ＢＮ薄膜生长的主要因素．Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析表明,样品中立方相的成分随温度的升高而增加,当温度达到２０００℃时,样品中主要为立方相成分,无六方相（ｈ－ＢＮ）或其它杂相形成．用扫描电镜（ＳＥＭ）对样品表面不同位置形貌观察发现,立方相晶粒大小均匀且分布致密．Ｘ光电子能谱（ＸＰＳ）测得样品中Ｂ原子与Ｎ原子的组分比大约为１１．当温度达到２０００℃以上时,样品中立方相成分减小,说明在合适的温度下,可制备具有理想化学配比的大面积ｃ－ＢＮ薄膜．     

在AAO衬底上制备纳米Si阵列研究

用等离子体增强化学气相沉积在多孔氧化铝(AA0)上制备出具有纳米Si阵列分布的薄膜,用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察了不同生长条件下的样品形貌和结构,用x射线衍射谱仪分析了样品的结晶状况.样品呈现出良好的场电子发射稳定性,开启电场为7 V/μm.     

计算机模拟在薄膜外延生长中的应用

计算机模拟是计算机技术的一个重要应用领域,具有高效、快捷、经济等多种特点.以Cu膜为例用Monte Carlo算法模拟了薄膜生长的随机过程,并提出了更加完善的模型.在合理选择原子间相互作用计算方法的基础上,考虑了原子的吸附、在生长表面的迁移及迁移所引起的近邻原子连带效应、从生长表面的脱附等过程.利用自行编写的4个软件模拟计算了薄膜的早期成核情况以及表征薄膜生长表面状况的粗糙度和表征薄膜内部晶格完整性的相对密度.结果表明,随着衬底温度的升高或入射率的降低,沉积在衬底上的原子逐步由众多各自独立的离散型分布向聚集状态过渡形成一些岛核,并且逐步由二维岛核向三维岛核过渡.在一定的原子入射率下,存在3个优化温度,成核率最高时的最大成核温度Tn,薄膜的表面粗糙度最低时的生长转变温度Tr,相对密度趋近于1时的相对密度饱和温度Td.三者均随入射率的对数形式近似线性增大,并且基本重合.这说明在一定入射率下这3个优化温度近似相等.这一现象的原因在于三者的形成机理都是基于原子的热运动.这一结论使探索工艺条件时不仅可以采用计算机模拟的方法,而且可以从早期最大成核条件预计沉积较厚薄膜的最佳生长工艺.同时发现,随着入射率的增大,相对密度不断减小.可是在不同温度区域入射率对早期成核率和表面粗糙度的影响不同.当温度较低时,随着入射率的增大,最大成核率基本不变,表面粗糙度不断增大;当温度较高时,随着入射率的增大,最大成核率不断增大,但表面粗糙度不断减小.     

薄膜生长过程的Monte Carlo模拟

用Monte Carlo方法以Cu为例对薄膜生长过程进行了计算机模拟. 不仅对原子的吸附、迁移及脱附三种过程采用了更为合理的模型, 还考虑了这些过程发生时对近邻原子的连带效应. 在合理选择原子间互作用势计算方法的基础上, 改进了原子迁移激活能的计算方法. 计算了表征薄膜生长表面形貌的表面粗糙度和表征薄膜内部晶格完整性的相对密度. 结果表明, 在一定的原子入射率下, 表面粗糙度和相对密度的变化存在一个生长最佳温度. 随着衬底温度的升高, 表面粗糙度减小, 膜的相对密度增大. 当达到生长最佳温度时, 粗糙度最小, 而相对密度趋于饱和. 粗糙度随衬底温度的进一步升高开始增大. 生长最佳温度随原子入射率的增大而增大, 不同温度下原子入射率对粗糙度的影响不同, 在较低温度时粗糙度随入射率的增加而增加, 在较高温度时粗糙度随入射率增大而减小. 同时发现, 随入射率的增大或薄膜厚度的增加, 相对密度逐渐减小.     

电感耦合等离子体CVD室温制备的纳米Si薄膜场电子发射研究

利用电感耦合等离子体化学气相沉积在室温下制备了Si薄膜,用拉曼谱对样品的结构进行了表征,502 cm^-1附近散射峰的出现说明在样品中形成了纳米结晶相。用原子力显微镜观察样品表面形貌发现,在合适的等离子体条件下制备的样品,其表面由随机均匀排列的高密度Si锥组成,Si锥的高度为30~40 nm,直径约为200 nm。场电子发射测量结果显示样品具有良好的电子发射特性,开启电压为7~10 V/μm。     

关于RLA模型微观的计算机模拟

以扩散理论为基础,建立以"基本微观过程"为核心的新模型.引入交换比的概念,对存在表面活化剂时薄膜生长的微观过程用Kinetic Monte Carlo方法进行计算机模拟.模拟发现,活化层原子和沉积原子都会发生跨层间的扩散.跨层扩散主要是单个原子的扩散,层问扩散的原子数目随着温度的升高或沉积厚度的增加而增多.RLA模型中的"交换作用"只是若干个"基本微观过程"的组合,大多数交换不是位置的"完全交换",交换比也并非恒为1.     

溶胶-凝胶法制备纳米SnO_2多孔气敏薄膜研究

介绍以SnCl2为原料,乙醇为溶剂,HCl为催化物,用溶胶-凝胶法制备SnO2薄膜的研究结果.研究发现,制备的薄膜为非晶体结构.经热处理后,形成四方相的金红石结构.通过X射线衍射谱和扫描电子显微镜对样品的结构分析表明,随着退火温度的升高,薄膜的结晶程度逐渐提高、粒径逐渐增大;在溶剂中加入表面活性剂聚乙二醇后可以使薄膜表面形貌得到明显改善,晶粒分布变窄,空隙率大大增加,成为一种多孔结构.由于其比表面积大大增强,因而气敏特性会得到显著提高.     

BCN薄膜的结构及其内应力研究

用射频反应溅射法制备出BCN薄膜。X射线衍射和傅立叶红外吸收光谱量发现样品的组成原子之间实现了原子级化合，样品与Si衬底之间存在较大的应力。样品剥落后，应力的消除使红外吸收峰位向低波数移动。实际还发现，衬底材料对样品中的压应力影响很大，压应力的释放与衬底密切相关：在硅衬底上呈枫叶状隆起，在石英衬底上样品呈周期性的拆线状隆起。     

用溅射法和辉光放电法制出a-Si:H/a-C:H和a-Si:H/a-SiC:H膜超晶格结构

非晶态半导体“超晶格”是近两年多来研制成功的,为寻求新的半导体材料和器件结构闯出了一个新的领域,因而受到了广泛重视,我们已制出了多种非晶态超晶格膜,对这些材料来说,在国内还是首次。