Cr-Si合金显微结构与薄膜电性分析_

半導體薄膜材料分析李文鴻化學工程系黎明技術學院摘要使用電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法(electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition, ECRCVD)以CH4/SiH4/Ar混合氣體於低溫下成長碳化矽薄膜為例，藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)、X光繞射儀(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)、X射線光電子能譜儀(XPS; ESCA)、歐傑電子能譜儀(AES)、拉塞福背向散射儀(RBS)、低能量電子繞射（LEED）、反射式高能量電子繞射(RHEED)、拉曼光譜儀（Raman）來研究碳化矽薄膜的微結構、表面型態及化學組成與沉積參數之間的關係，藉由二次離子質譜儀(SIMS)來研究沉積膜的雜質濃度分佈，利用光子激發光(PL)來量測發光波長範圍。

關鍵字：材料分析、電子迴旋共振電漿化學氣相沉積法、碳化矽薄膜一、前言光電半導體產業的發展非常迅速，其中積體電路製程技術的發展朝向尺寸微小化，目前已邁入0.13μm以下製程及邁向奈米的範疇，並朝多層薄膜的趨勢。

然而新材料和製程的開發及其分析更是必須掌握的。

本文將以跨世紀的接班材料-碳化矽(silicon carbide)為例，介紹材料之薄膜成長及其分析。

碳化矽為具有許多優異特性的電子材料，如寬能隙、高電子遷移率、高飽和飄移速度、高崩潰電壓、高操作溫度、高熱傳導度、化學惰性、高融點及高硬度【1】，並具耐熱震(thermal shock resistance)、抗高溫氧化、比矽低的介電常數等優點。

由Johnson 之優值指標(評估元件在高功率及高頻下運作的指標)碳化矽(β-SiC)為矽之1137.8倍，及Keyes 之優值指標(評估元件在高速下運作的指標) 碳化矽(β-SiC)為矽之5.8倍【2】，故碳化矽元件能在高功率、高頻及高速下操作的特性，在光電元件的製造上，具極大之應用價值，且可用於微機電系統(microelectromechanical system；MEMS)元件之薄膜【3】、封裝材料及濾材之分離膜等【4】。

开题报告题目：碳化硅增强铝基复合材料显微组织的研究开题报告填写要求1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。

2.开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。

3.开题报告字数应在1500字以上，参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少3篇），文中引用参考文献处应标出文献序号，“参考文献”应按附件中《参考文献“注释格式”》的要求书写。

4.年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2008年11月26日”。

5.开题报告增加封面，封面格式：题目：宋体，加粗，二号；系别等内容格式：宋体，四号，居中。

参考文献[1] 李墨林.碳化硅颗粒增强铝基复合材料复合工艺研究[J].大连铁道学院学报,1999,4(20).[2] 郑喜军,米国发.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究现状及发展趋势[J].材料热处理技术,2011.[3] 郑晶,贾志华,马光.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的研究进展[J].钛工业进展,2006,6(23).[4] 朱和祥,黎祚坚,陈国平.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的发展概况[J].材料导报,1995,3:73-76.[5] 王文明,潘复生,Lu Yun,曾苏民.碳化硅颗粒增强铝基复合材料开发与应用的研究现状[J].兵器材料科学与工程,2004,3(27):61-62.[6] Hunt M.,J.Mater.Eng.,1989;106(1):37.[7] Kennerknecht S.,Fabrication of Particulates Reinforced[J]. Metal Composites Proceedingsof an International Conference,1990:87.[8] Mohn W.R.,J.Mater.Eng.,1988;10(3):225.[9]欧阳柳章,罗承萍,隋贤栋,等.SiCp/ Al复合材料的制造及新动向[J].铸造,2000,49(1):17-20.[10] Cui Yan,Geng Lin,Yao Zhongkai.A new advance in the development of high performanceSiCp/Al composite [J].J Mater Sci,1997(13):227.[11] 樊建忠,桑吉梅,石力开.颗粒增强铝基复合材料的研制、应用与发展[J].材料导报,200l,15(10):55-57.[12] 刘海. 机械搅拌法制备SiC颗粒增强铝基复合材料技术研究[J].重庆大学硕士学位论文,2007.[13] 孙超. 碳化硅颗粒增强铝基复合材料显微组织和力学性能的研究[J].中南大学硕士学位论文,2012.[14] 王乐军. 液态机械搅拌铸造法制备SiC/6061Al复合材料[J].郑州大学硕士学位论文,2009.[15] 袁广江,章文峰,王殿斌,桂满昌,吴洁君. SiC颗粒增强铝基复合材料制备及机加性能研究[J].复合材料学报,2000,2(17):38-39.。

非晶合金薄膜的结构与性能研究随着先进制造技术发展，非晶合金材料的应用越来越广泛。

非晶态合金材料不同于传统的结晶态材料，其原子或分子排列十分无序，原子的位移距离也极为微小。

这种特殊结构给予了非晶合金材料出色的物理性能，因此越来越多的研究关注于非晶合金材料薄膜的制备及其性能研究。

本文将从非晶合金薄膜的结构与性能两个方面入手进行探讨。

1.结构非晶合金薄膜的结构研究是制备高性能非晶合金薄膜的关键。

一般来说，非晶合金材料的结构可以通过X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HRTEM）和中子衍射等方法进行研究。

由于非晶态合金材料缺乏明确的结晶面及晶面间距，因此在实验中通常利用无定形缺陷代替结晶面，控制非晶合金的晶体结构。

此外，传统的结晶态合金材料中，原子在长程上存在着周期性的排列，而非晶态合金材料则产生了有序无序混杂的情况，这也是非晶态合金材料表现出的特殊性质原因之一。

2.性能非晶合金薄膜的性能与其结构紧密相连。

一方面，由于非晶合金材料的无序排列，其独特的结构使得其具有较高的硬度和韧性；另一方面，非晶态合金材料具有较高的化学反应活性，在某些情况下还具有记忆性，这也是它在新型材料领域应用广泛的原因之一。

研究表明，非晶合金薄膜在电子器件和传感器等领域具有广阔的应用前景。

相比于其他材料，非晶合金薄膜其优异的力学性能和热稳定性显得更加突出。

与此同时，其较高的硬度和导电性也让其在化工、电子等领域得到了广泛应用。

总之，非晶合金薄膜的结构和性能是互相关连的，其制备技术和研究方法也在不断进步和发展。

随着人们对高性能材料需求的不断提高，相信非晶合金薄膜在各个领域中的应用前景也将越来越广。

CuInSe2薄膜太阳电池材料微观结构与其光电性能的关系自1954年美国贝尔实验室研制成功第一个实用硅太阳能电池以来，无机和有机化合物类光伏材料相继问世。

近年来，伴随着各种技术的蓬勃发展，导致薄膜太阳能电池的制造技术也不断发展并不断趋于成熟和稳定。

在薄膜太阳能电池中，材料种类很多。

现在用于太阳能电池作为吸收光能并转换成电能的吸收层半导体材料以非晶硅(a-Si)、锑化镉(CdTe)、铜铟硒(CulnSe2)以及衍化物铜铟稼硒(CIGS)为主。

早期研究最多的是非晶硅(a-si)与锑化镉(CdTe)相关的太阳能电池的研制和开发，但是在费用和器件的转换效率方面还存在着一定的不足，费用太高且效率太低。

随着时代和科技的进步研究者发现并开发出一种新的太阳能电池，那就是以CulnSe2(CIS)以及其衍生物Cu(In,Ga)Se2(CIGS)为主的太阳能电池，以其高稳定性、高效率和低费用而受到各国研究者的青睐。

主要因为CulnSe2是直接带隙半导体材料，且其能隙值能包括大部分的太阳光谱，具有相当高的光吸收系数，同时可调整其本身的化学组分而得到热稳定好，在长时间的工作状态下依然能维持良好的光电转换性能等特性。

综上所述，铜铟硒及其衍化物是一种很有前景的太阳能吸收材料，同时与此半导体材料相关的太阳能电池元件也相应成为很有吸引力的一种光电转换装置。

本文主要探讨CuInSe2薄膜太阳电池材料微观结构与其光电性能间的关系。

1974年，Wagner利用单晶CulnSe2研制出高效太阳能电池，其效率可以达到6%，标志着CIS光伏材料的崛起。

但是单晶CulnSe2制备困难，价格昂贵，限制了其发展。

1976年，第一个CIS多晶薄膜太阳能电池的诞生，真正激励了各国研究者。

1982年，波音公司制备的CdS/CulnSe2薄膜太阳能电池，其效率超过10%。

研究中，人们通过合金化Cu(Ga,In)Se2和Culn(S,Se)2成功将材料的禁带宽度增大，使其能更接近光伏转换最佳值约为1.4eV，在提高转换效率的同时获得了更高的开路电压。

Fe: SmCo(Cr)薄膜的结构、磁性能与磁光克尔效应汪文文，方庆清，王丹丹，杨景景(安徽大学物理与材料科学学院，安徽省信息材料与器件重点实验室，安徽合肥 230039)摘 要：利用脉冲激光沉积工艺，分别在单晶Si(100)衬底和玻璃(SiO2)衬底上制备Fe：SmCo/Cu(Cr)薄膜，研究了Fe掺杂对SmCo薄膜结构、磁性能与磁光效应的影响。

实验发现，衬底对Fe掺杂SmCo薄膜性能有很大影响，Si衬底薄膜的矫顽力和饱和磁化强度均优于玻璃衬底样品；同时退火温度也会影响Fe掺杂SmCo薄膜形貌及磁性能，高温退火后，SmCo衍射峰得到了增强，尤其是SmCo5的(001)、(002)和(003)衍射峰最为明显，这是由于高温退火后Cu(111)衍射峰增强的缘故。

同时发现，退火后的SiO2衬底与Si衬底样品的磁性和磁光效应均得到增强，但SiO2衬底的矫顽力H c变化更明显，这是因为较高的表面应力会导致样品的矫顽力增强。

因此可以通过调节Fe含量来控制样品的磁光性能，这就为优化SmCo薄膜作为磁光存储介质的性能指出了一个研究方向。

关键词：SmCo薄膜；Fe掺杂；结构；磁性能；磁光效应中图分类号：TM273; O484.4+3 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2015)06-0016-05 Microstructure, magnetic and magneto-opticalproperties of Fe-doped SmCo filmsWANG Wen-wen, FANG Qing-qing, WANG Dan-dan, YANG Jing-jingSchool of Physics and Material Science, Anhu Key Laboratory of InformationMaterials and Devices, Anhui University, Hefei 230039, ChinaAbstract：SmCo/Cu, SmCo/Cu/Cr and Fe-doped SmCo films were prepared on glass and Si(100) substrates by pulsed laser deposition, and the microstructure, magnetic and magnetooptical properties of Fe doped SmCo films were researched. The experiments show that the substrates can greatly affect the magnetic properties of film samples, and the corcivity and saturation magnetization of films deposited on Si substrates are better than that on glass subatrates. It is also found that the surface morphology and magnetic properties of Fe:SmCo films were influenced by the temperature annealing and experiments show that the X-ray diffraction peaks of SmCo are enhanced, especially for (001), (002) and (003) peaks, due to the enhancement of Cu(111) peaks after annealing. Moreover, the MOE of the both samples on glass and Si substrates is enhanced after annealing, respectively, even the coercivity of films on glass substrates is better than that on Si substrate, due to the higher surface stress resulting from a stronger coercivity. The Fe content can be adjusted to control the magneto-optical performance of the sample, indicating a research odirection for optimizing the property of SmCo film as the magneto optical storages.Key words: SmCo film; Fe-doping; microstructure; magnetism; magnetooptical Kerr effect1 引言自从1960年代末被发现以来，SmCo合金得收稿日期：2015-05-12 修回日期：2015-06-21基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目( 20093401110004)；安徽省教育厅重点科学基金资助项目(20120168)通讯作者：方庆清 E-mail: ******************到了广泛深入的研究。