Author Affiliations
Abstract
1 School of Medicine, Liaocheng University, Liaocheng 252059, P. R. China
2 Beijing Key Laboratory of Digital Stomatology, Beijing 100081, P. R. China
3 School of Materials Science and Engineering, Liaocheng University, Liaocheng 252059, P. R. China
4 School of Environment and Materials Engineering, Yantai University, Yantai 264005, P. R. China
Ti3(BLT) thin films are promising materials used in non-volatile memories. In this work, BLT films were deposited on Pt(111)/Ti/SiO2/Si substrates by rf-magnetron sputtering method followed by annealing treatments. The microstructures of BLT thin films were investigated via X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). With the increase in annealing temperature, the grain size increased significantly and the preferred crystalline orientation changed. A well-saturated hysteresis loop with a superior remnant polarization of 15.4 C/cm2 was obtained for BLT thin films annealed at 700°C. The results show that the dielectric constant decreased with the increase in grain sizes.
Thin films rf-magnetron sputtering ferroelectric properties dielectric properties Journal of Advanced Dielectrics
2023, 13(5): 2350017
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Advanced Semiconductor Devices and Materials, School of Electronic Engineering, Xi’an University of Posts & Telecommunications, Xi’an 710121, China
Sn doping is an effective way to improve the response rate of Ga2O3 film based solar-blind detectors. In this paper, Sn-doped Ga2O3 films were prepared on a sapphire substrate by radio frequency magnetron sputtering. The films were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and ultraviolet visible spectroscopy, and the effect of annealing atmosphere on the properties of films was studied. The Ga2O3 films changed from amorphous to β-Ga2O3 after annealing at 900 °C. The films were composed of micro crystalline particles with a diameter of about 5–20 nm. The β-Ga2O3 had high transmittance for wavelengths above 300 nm, and obvious absorption for solar-blind signals at 200–280 nm. The metal semiconductor metal type solar-blind detectors were prepared. The detector based on Sn-doped β-Ga2O3 thin film annealed in N2 has the best response performance to 254 nm light. The photo-current is 10 μA at 20 V, the dark-current is 5.76 pA, the photo dark current ratio is 1.7 × 106, the response rate is 12.47 A/W, the external quantum efficiency is 6.09 × 103%, the specific detection rate is 2.61 × 1012 Jones, the response time and recovery time are 378 and 90 ms, respectively.
Sn doped Ga2O3 RF magnetron sputtering solar-blind photodetector Journal of Semiconductors
2023, 44(6): 062805
采用射频(RF)磁控溅射法在石英衬底上制备了MoS2薄膜。通过正交试验研究了溅射时间、溅射温度、氩气流量和溅射功率对MoS2薄膜结构的影响。通过XRD、Raman、XPS、EDS和SEM对MoS2薄膜的结晶度、薄膜厚度和表面形貌进行分析，得到了制备MoS2薄膜的最佳工艺参数。发现溅射温度较高或较低结晶度都很差，在较低的溅射温度下样品的XRD衍射峰不明显。而当温度为250 ℃时，样品的XRD衍射峰较多，结晶度较好。根据正交试验法得出溅射温度对MoS2的结晶效果起着至关重要的作用，其次是氩气流量。当溅射温度为250 ℃，氩气流量为6 mL/min，溅射时间为30 min，溅射功率为300 W或400 W时，MoS2膜的结晶度较好。在这个条件下制备的膜较厚，但为以后的实验指明了方向。保持溅射温度、溅射功率和氩气流量不变，通过减少时间成功制备了厚度为58.9 nm的薄膜。
MoS2薄膜 射频磁控溅射 二维材料 正交试验法 工艺参数 MoS2 films RF magnetron sputtering two-dimensional material orthogonal test method process parameter
1 天津大学理学院，天津 300354
2 天津市低维功能材料物理与制备技术重点实验室，天津 300350
在不同氧气流量下，采用双靶射频磁控共溅射的方法在蓝宝石(α-Al2O3)基底上制备得到系列掺Cr的Ga2O3(Ga2O3∶Cr)薄膜，详细研究了薄膜在900 ℃退火前后的结构和光学性能。结果表明，未退火的Ga2O3∶Cr薄膜为非晶结构，其发光主要位于蓝绿波段。经900 ℃退火后，薄膜的结构由非晶变为多晶，且在近红外波段观测到了来源于Cr3+掺杂的发光。退火后的薄膜结晶质量和近红外发光均与氧气流量密切相关，而其光学带隙不受氧气流量的影响。在所研究的氧气流量范围，4 mL/min氧气流量下薄膜的近红外发光强度最强，这与此条件下薄膜结晶质量较好以及Cr3+替代Ga3+的数量较多有关。以上研究成果可为制备高质量Ga2O3∶Cr薄膜提供参考。
Ga2O3∶Cr薄膜 射频磁控溅射 蓝宝石基底 氧气流量 退火 光学性能 结晶质量 Ga2O3∶Cr thin film RF magnetron sputtering sapphire substrate oxygen flow rate annealing optical property crystalline quality
1 五邑大学 应用物理与材料学院，广东 江门 529020
2 广东省科学院 中乌焊接研究所，广东 广州 510651
采用高真空射频磁控溅射法在硅Si（111）衬底上沉积氧化镓（β?Ga2O3），开展了溅射温度对Ga2O3微观结构及光学性能影响的研究，利用 X 射线衍射、扫描电子显微镜、荧光光谱仪等测试手段对Ga2O3晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征分析。实验结果表明，在高纯Ar气环境下，所沉积的Ga2O3形貌差异与不同溅射温度下Ga2O3生长机理有关，当溅射温度达到300 ℃时，Ga2O3发生热分解，形成金属Ga团簇；当溅射温度达到400 ℃时，金属Ga团簇作为催化剂触发Ga2O3纳米线的自催化生长。光致发光（PL）光谱中，Ga2O3样品在300~700 nm波长范围内显示出4个位于紫光、蓝光、绿光区域的发射峰，在溅射温度为400 ℃下形成的Ga2O3纳米线发射峰显著增强，并且发生轻微的蓝移，纳米结构中较大的比表面积以及量子尺寸效应对Ga2O3的荧光发射（PL）性能具有重要影响。拉曼光谱（Raman）显示，随着溅射温度升高，Ga2O3晶体质量有所提高；在溅射温度为400 ℃下形成的纳米线出现新的拉曼振动模式，并且发生18 cm-1的蓝移。
射频磁控溅射 Ga2O3 结构性能 光学性能 RF magnetron sputtering gallium oxide structural properties optical properties
1 武汉大学 物理科学与技术学院 湖北省核固体物理重点实验室， 武汉 430072
2 武汉长弢新材料有限公司， 武汉 430000
通过控制室温下射频磁控溅射过程中不同的氩气工作气压、溅射功率和沉积时间，在石英玻璃上沉积Al掺杂ZnO(AZO)薄膜，探究了三种工艺条件对制备的AZO薄膜的微结构及光电性能的影响。所制备的AZO薄膜经500℃退火后均为六方纤锌矿结构，具有优异的透明度，在可见光范围内的平均透过率均在86%以上。在气压0.25Pa、功率200W下，溅射时间为10min时，薄膜的电阻率低至5.04×10-3Ω·cm，而溅射时间为15min时，Haacke性能指数最优，为0.314×10-3Ω-1。结果表明，磁控溅射制备的AZO薄膜的晶体结构、方阻和透过率等特性与制备过程中的气压、功率和时间密切相关，通过评价性能指数可指导优化AZO薄膜的制备工艺。
AZO透明导电薄膜 射频磁控溅射 室温 气压 功率 沉积时间 AZO transparent conductive film RF magnetron sputtering room temperature pressure power deposition time
1 贵州师范大学物理与电子科学学院，贵阳 550001
2 贵州大学大数据与信息工程学院，贵阳 550025
采用射频磁控溅射在蓝宝石衬底上制备了Mg2Si纳米晶薄膜，研究了Mg2Si烧结靶溅射功率(90~140 W)及溅射时间(10~60 min)对Mg2Si薄膜的结构和电阻率的影响。结果表明: 随着溅射功率增加，样品的XRD衍射峰逐渐增强; 但当功率超过100 W时，样品中出现了偏析出来的单质Mg。随着溅射时间增加，样品的XRD强度先增强后减弱，溅射时间为40 min时，样品的XRD衍射峰最强; 继续增加溅射时间，样品中出现微弱的MgO衍射峰。所有样品均呈现出Mg2Si晶体的特征拉曼峰，即256 cm-1附近的F2g模及347 cm-1附近的F1u(LO)模。随着溅射功率增加，样品的电阻率减小; 随着溅射时间增加，样品的电阻率先减小后增大，溅射时间为40 min时，样品的电阻率最小。
薄膜 射频磁控溅射 溅射功率 溅射时间 电阻率 Mg2Si Mg2Si thin film RF magnetron sputtering sputtering power sputtering time resistivity
吉林大学 电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点实验室吉林大学实验区, 长春 130012
采用射频磁控溅射与退火工艺相结合的方法，分别在石英和硒化锌（ZnSe）衬底上制备了掺铪氧化铟（IHfO）薄膜，掺杂比例In2O3：HfO2为98wt.%：2wt.%.测试了薄膜的组成结构和3~5 μm红外波段的光电性质，分析了退火温度、薄膜厚度和氧气流速对薄膜性能的影响.X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱表明，制备的IHfO薄膜具有氧化铟的立方体结构，掺杂铪并没有影响氧化铟的生长方向，但是减小了晶格间距，铪与铟外层电子形成新的杂化轨道.傅里叶变换红外光谱表明，随着退火温度的增加，IHfO薄膜在3~5 μm波段的透过率逐渐下降，沉积在ZnSe衬底上的薄膜具有更平稳的透过率，厚度为100 nm薄膜在3~5 μm波段平均透过率为68%.测试霍尔效应表明，随着氧气流速的增加，IHfO薄膜电阻率逐渐增加，载流子浓度减小，霍尔迁移率变化不明显.晶界散射是影响IHfO薄膜迁移率的主要因素，当氧气流速为0.3 sccm时，薄膜最佳电阻率为3.3×10-2Ω·cm.与透可见光波段的导电氧化铟锡（ITO）薄膜相比，制备的IHfO薄膜可以应用在3~5 μm红外波段检测气体，红外制导等领域.
磁控溅射 中红外 透明导电薄膜 氧化铟 掺杂 RF magnetron sputtering Mid-infrared Transparent conductive film In2O3 Doping
1 南京航空航天大学 理学院, 江苏省能量转换材料与技术重点实验室 南京 211106
2 南京航空航天大学 材料科学与技术学院 江苏省能量转换材料与技术重点实验室, 南京 211106
采用磁控溅射法制备了C掺杂TiO2薄膜, 并研究了氮气引入溅射过程对薄膜光学性能的影响。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪、分光光度计和原子力显微镜分析了不同氮气流量下薄膜的微结构、元素价态、透光性能和表面形貌。结果表明, 沉积的薄膜主要是非晶结构, 拉曼光谱中存在少量锐钛矿相, 且随着氮气流量增大, 锐钛矿特征峰强度减弱, 意味着晶粒出现细化。当氮气流量增大为4cm3/min时, C掺杂TiO2薄膜内氮元素含量为3.54%, 其光学带隙从3.29eV变化至3.55eV, 可见光区的光学透过率明显提高。可见改变氮气流量可实现对C掺杂TiO2薄膜光学带隙和光吸收率的有效调控。
C掺杂TiO2 氮气流量 磁控溅射 透过率 光学带隙 C-doped TiO2 N2 flow rate RF magnetron sputtering transmittance optical band gap
