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反应射频磁控溅射制备高k氧化锆薄膜及介电性能的研究

马春雨 , 李智 , 张庆瑜

功能材料

在氧气和氩气的混合气体中,在O2/Ar混和气总流量固定的条件下,通过调节O2/Ar流量比,采用反应RF磁控溅射法制备了具有高介电常数的氧化锆薄膜.通过透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)研究了O2/Ar流量比与薄膜微观组织和结构、表面平整度之间的关系,并测试分析了在不同O2/Ar流量比下溅射沉积的Al/ZrO2/SiO2/n型Si叠层结构的G-V特性曲线.实验结果表明O2/Ar流量比与薄膜微观组织和结构有一定的关系.纯氧气氛下沉积的ZrO2薄膜基本上为纳米级的微晶,晶体结构为单斜结构(a=5.17、b=5.26、c=5.3、α=y=90°,β=80.17°),在O2/Ar流量比为1 : 4混合气氛下制备出了具有非晶结构的均质ZrO2薄膜;低的O2/Ar流量比下溅射得到的ZrO2薄膜样片,均方根粗糙度较低,表面平整度较好;在O2/Ar流量比为1 : 4左右时,ZrO2薄膜的相对介电常数达到25.

关键词: 反应RF磁控溅射法 , 氧化锆薄膜 , 表面粗糙度 , 高介电常数

钇稳定氧化锆薄膜的制备及其微细加工

张卫华 , 赵高扬

无机材料学报

以甲醇为溶剂,硝酸氧锆、硝酸钇为前驱物,采用溶胶-凝胶方法,通过引入化学修饰剂乙酰丙酮(AcAcH),使乙酰丙酮和锆离子形成螯合物,得到了具有紫外光感光性的溶胶及其凝胶薄膜,提出了YSZ薄膜的微细图形加工新方法.UV-Vis.分光光度计的紫外光谱测试结果表明:乙酰丙酮与锆离子形成的螯合物在室温、可见光、大气环境下,可以存在于凝胶薄膜中,并具有较好的热稳定性和光化学稳定性,其紫外光谱的特征吸收峰大约在310nm附近;325nm紫外激光光源照射凝胶薄膜,能破坏、分解凝胶薄膜中的这种螯合物结构,使凝胶薄膜的物理化学性质发生变化,实验发现,经过紫外激光照射的凝胶薄膜在适当的有机溶剂(如甲醇等)中的溶解度和溶解速度显著降低,利用这一特性,采用325nm紫外激光通过掩膜照射凝胶薄膜,并在适当的有机溶剂中溶洗掉未受照射的区域,经过800℃,20min热处理,得到了具有微细图形的YSZ薄膜,XRD测试表明该薄膜相结构为立方相.

关键词: 氧化锆薄膜 , sol-gel process , photosensitivity , fine patterning

ZrO2薄膜的力学性能和摩擦学性能研究

王金清 , 刘晓红 , 单小东 , 杨生荣

材料科学与工程学报 doi:10.3969/j.issn.1673-2812.2004.05.013

在单晶硅表面成功地获得了自组装单层薄膜(MPTS-SAM),并将薄膜表面的巯基(-SH)完全氧化成磺酸基(-SO3H),从而获得了磺酸化的MPTS-SAM.采用静电自组装技术成功使ZrO2纳米微粒组装到磺酸化的MPTS-SAM表面获得淀积ZrO2薄膜.将ZrO2薄膜分别在500℃和800℃进行热处理后,ZrO2薄膜的厚度逐渐减小,这可能是随着温度的升高薄膜的表面密度逐渐增大所致.对ZrO2薄膜的力学和抗划伤性能分析发现:随着温度的升高,ZrO2薄膜的硬度和弹性模量依次增加,同时薄膜的抗划伤性能也逐渐提高.摩擦磨损实验表明:利用该方法制备的ZrO2薄膜经800℃烧结处理后适于在低负荷、低滑动速度下作为减摩、抗磨保护性涂层.

关键词: 氧化锆薄膜 , 力学性能 , 抗划伤性能 , 摩擦学性能

钇稳定氧化锆薄膜的制备及其微细加工

张卫华 , 赵高扬

无机材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-324X.2004.02.027

以甲醇为溶剂,硝酸氧锆、硝酸钇为前驱物,采用溶胶-凝胶方法,通过引入化学修饰剂乙酰丙酮(AcAcH),使乙酰丙酮和锆离子形成螯合物,得到了具有紫外光感光性的溶胶及其凝胶薄膜,提出了YSZ薄膜的微细图形加工新方法.UV-Vis.分光光度计的紫外光谱测试结果表明:乙酰丙酮与锆离子形成的螯合物在室温、可见光、大气环境下,可以存在于凝胶薄膜中,并具有较好的热稳定性和光化学稳定性,其紫外光谱的特征吸收峰大约在310nm附近;325nm紫外激光光源照射凝胶薄膜,能破坏、分解凝胶薄膜中的这种螯合物结构,使凝胶薄膜的物理化学性质发生变化,实验发现,经过紫外激光照射的凝胶薄膜在适当的有机溶剂(如甲醇等)中的溶解度和溶解速度显著降低,利用这一特性,采用325nm紫外激光通过掩膜照射凝胶薄膜,并在适当的有机溶剂中溶洗掉未受照射的区域,经过800℃,20min热处理,得到了具有微细图形的YSZ薄膜,XRD测试表明该薄膜相结构为立方相.

关键词: 氧化锆薄膜 , 溶胶-凝胶 , 感光性 , 微细图形

介孔Au/ZrO2复合薄膜的制备及其三阶非线性光学性能

陆强 , 崔方明 , 魏晨阳 , 华子乐 , 董长青

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2011.11526

以尿素为沉淀剂,通过沉积-沉淀的方法,制备了高分散的金纳米颗粒负载的介孔氧化锆薄膜;以1064 nm激光为入射光束,通过Z扫描实验测试了复合薄膜的非线性光学折射和吸收,并计算了复合薄膜的非共振三阶非线性光学极化率(~10-10 esu),金纳米颗粒的高分散性和氧化锆薄膜衬底的高线性折射率使复合薄膜显示了增强的三阶非线性极化率.

关键词: 金纳米颗粒 , 介孔 , 氧化锆薄膜 , 三阶非线性光学性能

硅烷化单晶硅表面自组装ZrO2薄膜及其摩擦学性能研究

王金清 , 刘晓红 , 许世红 , 杨生荣

机械工程材料 doi:10.3969/j.issn.1000-3738.2004.09.013

利用自组装成膜技术在磺酸化的MPTS自组装单层薄膜表面制备了ZrO2薄膜,应用接触角测定仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的组成和结构.结果表明:该ZrO2薄膜比较致密、无裂缝,呈"准二维"特征,且与基底的牢固性好.摩擦磨损试验表明:ZrO2薄膜经500℃烧结处理后适于在低负荷、低滑动速度下作为减摩、抗磨保护性涂层.

关键词: 自组装单层薄膜 , 氧化锆薄膜 , 摩擦学性能

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